Brevet FR2535557A1 — publié le 19840504

l - Procédé et installation de transmission de données numériques L'invention concerne la transmission de données numé- riques sur un réseau comportant une ligne de transmission de données et une ligne de commande et de synchronisation reliant une station maître seule capable d'émettre sur la ligne de commande et plusieurs stations esclaves. Elle-trouve une application importante, bien que non exclusive, constituée par des systèmes d'acquisition de données dans lesquels les stations esclaves comportent un concentrateur des données provenant de capteurs associés à la station, ainsi que des moyens de numérisation si certains au moins de ces capteurs sont de type analogique. On connaît déjà de nombreux réseaux de transmission informatiques permettant la transmission de données, orga- nisés soit en ligne bus (c'est-à-dire non bouclée), soit en anneau bouclé Parmi les premiers, on peut citer le - réseau maître-esclave Hi Net, à bus et transmission sur paire torsadée Parmi les seconds, on peut citer le réseau à pas- sage de jeton Prime Net, à topologie en anneau et trans- mission en bande de base sur câble coaxial. La transmission sur ces réseaux est généralement asynchrone Mais l'absence de relation-de phase entre les stations oblige à faire précéder chaque transmission d'infor- mation utile d'un échange de données de synchronisation qui réduit considérablement le débit du réseau Dans le cas fréquent o on cherche à atteindre des rythmes de transfert élevés, une transmission synchrone est beaucoup plus avan- tageuse Mais elle exige de disposer a la réception de signaux d'horloge synchronisés avec ceux de l'émission Une solution fréquemment utilisée consiste à extraire le signal d'horloge du train de données numériques reçu et de l'utili- ser pour le décodage: mais cette technique implique généra- lement le recours à des dispositifs du type boucle à verrouil- lage de phase qui nécessitent une séquence de synchronisation précédant chaque message sur laquelle le verrouillage puisse 253555:7 -2- s 'opérer. La longueur de cette séquence de synchronisation croit avec la fréquence de transmission et peut devenir importante par rapport à la taille du plus petit message transmis Une autre solution consiste à transmettre le signal d'horloge ayant servi à l'émission du message sur une voie séparée, afin de permettre un décodage immédiat Cette technique demande l'utilisation d'une voie supplémentaire à laquelle toutes les stations aient accès en émission et en réception. La présente invention vise à assurer une transmission synchrone de données numériques sur réseau répondant mieux que celles antérieurement effectuées aux exigences de la pratique, notamment en assurant en-permanence le synchronis- me des horloges de toutes les stations de façon simple. Dans ce but, l'invention propose notamment un procédé de transmission de données numériques sur un réseau compor- tant une ligne de transmission de données et une ligne de commande et de synchronisation reliant une station maître seule capable d'émettre sur la ligne de commande et plu- sieurs stations esclaves, caractérisé en ce qu'on fait circuler les informations en phase sur les deux lignes présentant la même configuration, on maintient en permanence l'émission de la station maître sur la ligne de commande et en chaque station esclave on extrait le signal d'horloge des informations circulant sur la ligne de commande. Dans la réalisation de loin la plus avantageuse, les lignes sont unidirectionnelles et constituent deux bou- cles parallèles se refermant sur la station maître. Le code utilisé sur la ligne de commande est choisi parmi ceux permettant de reconstituer l'horloge à partir du message codé (code MANCHESTER par exemple) L'extraction d'horloge- est facilitée par le caractère continu de l'émission de caractères sur la ligne de commande, qui peut être assurée par un dispositif simple placé à la station maître On s'affranchit ainsi du délai séparant deux émissions succes- 3 - sives de la station maître sur la ligne de commande et on évite toute séquence de synchronisation précédant les messa- ges émis sur cette ligne. L'invention propose également une installation de transmission de données comportant une ligne de transmission de données et une ligne de commande et de synchronisation re- liant une station maître seule capable d'émettre sur la ligne de commande et plusieurs stations esclaves, caractérisée en ce que les deux lignes sont unidirectionnelles et bouclées sur la station maître et en ce que les stations émettent les informations en phase sur les deux lignes, chaque station esclave comportant des moyens pour extraire une information d'horloge du signal sur la ligne de commande. L'horloge étant à chaque station esclave extraite des informations circulant sur la ligne de commande, qui sont en phase avec les données circulant sur la ligne de données, on peut décoder, émettre et, éventuellement, répéter les informations circulant sur la ligne de données de manière très simple; on élimine ainsi la nécessité de tout dispo- sitif de synchronisation sur la ligne de données et de tout motif de synchronisation-sur les données transmises Du fait du caractère monodirectionnel sur les deux lignes, sous le contrôle d'une horloge unique, les données circulent dans le même sens et avec les mêmes temps de parcours sur les deux lignes de transmission, ce qu-i maintient les horloges en phase avec les trains binaires reçus. Le support physique de transmission et le mode de modulation peuvent être quelconques, à condition d'être compatibles avec la bande passante nécessaire Si le support est non diffusant, il peut y avoir continuité physique du milieu de transmission depuis l'accès d'émission de la sta- tion maître jusqu'à l'accès de réception de cette-même sta- tion, sur les deux lignes de transmission Si, au contraire, le support physique de transmission constituant la ligne de données est diffusant il doit-être interrompu en chaque station et chaque station esclave joue, entre autres, le 4 - rôle de répéteur pour les informations transitant sur la ligne de données. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes particuliers d'exécution de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels: la Figure 1 est un schéma de principe d'un système décentralisé d'acquisition de données de mesure mettant en oeuvre l'invention; les Figures 2 et 3 sont des schémas synoptiques montrant deux modes de réalisation possibles des moyens de synchronisation utilisables dans les stations esclaves du système de la figure 1, la Figure 4 est un schéma synoptique de principe montrant des moyens de synchronisation utilisables dans la station maître du système de la figure 1. Le système d'acquisition montré en Figure 1 comporte une station maître 8 et plusieurs stations esclaves 9 reliées par une ligne de commande 10 et une ligne de données (ou ligne de réponse) 11, l'une et l'autre monodirectionnelles et en anneau fermé sur la station maître La station maître 8 peut être regardée comme comportant un coupleur 12 d'in- terface entre les lignes d'une part, un ensemble constitué d'une unité de commande UC 13, d'un calculateur 14 et d'organes d'entrée-sortie d'autre part Sur la Figure 1, les organes d'entrée-sortie sont schématisés sous forme d'une console d'opérateur 15 et d'un appareil d'enregistrement et/ou de visualisation 16, d'autres organes pouvant évidem- ment être prévus. Chacune des stations esclaves 9 peut de son côté être regardée comme comportant un coupleur 17, un concentra- teur 18 et une centrale de mesure -19 associée à des capteurs analogiques et/ou numériques 20 Les éléments 18, 19 et 20 peuvent être de constitution classique Le concentrateur 18 - assure les fonctions habituelles de gestion dès communications avec sa centrale de mesure 19, de mise en forme des données provenant de la centrale de mesure, de mémorisation des données dans des mémoires tampon, de commande d'émission, etc. Le coupleur 17 aura une constitution différente suivant que les supports de transmission sont diffusants ou non diffu- sants. Dans le premier cas, qui est par exemple celui d'un câble coaxial ou d'une paire torsadée, le milieu physique de transmission doit être interrompu à chaque coupleur afin d'assurer le caractère monodirectionnel de la transmission. Le coupleur 17 montré schématiquement en Figure 2, qui remplit cette condition, comporte un circuit XH d'extraction de signal d'horloge 22 qui reçoit les données provenant en continu-de la station maître 8 par la ligne de commande 10 Ce circuit 22 est, par exemple, un dispositif dérivateur attaquant une bou- cle à verrouillage de phase si les informations circulant sur la ligne 10 sont codées en code Manchester Un décodeur 23 attaqué par la ligne de commande 10 est piloté par le signal d'horloge fourni par le circuit XH 22 Le décodeur 23 envoie au concentrateur 18, par la ligne 29, les-informations déco- dées circulant sur la ligne 10, c'est-à-dire les commandes émises par la station maître 8, séparées par une succession de caractères ou de chaînes de caractères identiques émis en continu pour faciliter l'élaboration des signaux de syn- chronisation (horloges locales) par les circuits XH 22 des différentes stations esclaves Le circuit XH 22 pilote égale- ment le décodeur 27 qui reçoit, puis délivre-au concentrateur 18, par la ligne 28, les données émises par les autres sta- tions esclaves 9 du système sur la ligne 11. On voit qu'aucune extraction d'horloge ou aucune autre forme de synchronisation n'est effectuée sur la ligne de données 11, les données reçues sur cette ligne 11 étant, de par le-principe même de l'invention, en phase avec les signaux d'horloge élaborés par le circuit XH 22. Un codeur 24 reçoit les signaux décodés reçus du déco- 253555 ? -6 - deur 23, les recode et les ré-emet sur la ligne 10 vers la station esclave suivante Le codeur 28 remplit la même fonction pour les informations arrivant sur la ligne 11, lors- que son entrée est reliée par un commutateur 25 à la sortie du décodeur 27. Le commutateur 25 comporte une entrée qui reçoit les informations décodées circulant sur la ligne 11, fournies par le décodeur 27, et une entrée qui reçoit les informations locales en provenance du concentrateur 18 En situation d'attente, le commutateur 25 laisse passer, vers le codeur 28, les informations circulant sur la ligne 11, de sorte que le coupleur 17 est alors transparent aux signaux de données. Lorsque le commutateur 25 reçoit au contraire, sur une entrée de commande 26, un signal indiquant que la station esclave correspondante est autorisée à transmettre, et lorsque cette station a un message à transmettre, ce commutateur 25 laisse passer les informations provenant du concentrateur 18 par la ligne 30 La station esclave peut alors émettre sur la ligne de données Il vers la station maître. Les deux codeurs 24 et 28 étant pilotés par la même horloge 22, les données ré-émises sont parfaitement en phase. Afin que ces données ré-émises arrivent également en phase sur la station suivante du réseau, il faut que la différence entre les temps de propagation des signaux sur les deux lignes jusqu'à cette prochaine station soient inférieurs à une fraction, typiquement à un quart, de la durée du plus court des états stables d'un élément binaire (bit) d'informa- tion Après décodage, cette contrainte est aisément respectée pour des distances de quelques centaines de mètres et un débit atteignant 10 Mbit/s, si les lignes 10 et Il sont deux des lignes d'un câble multiligne commun La différence de longueur maximum à respecter est de l'ordre de 2 m. Le signal d'horloge provenant du circuit XH 22 étant- également fourni au concentrateur 18, on peut synchroniser le fonctionnement de ce dernier avec celui des autres stations du réseau En effet, on peut fabriquer facilement, à partir du signal d'horloge fourni, des signaux à fréquence multiple ou sous-multiple, directement exploitables par les concen- trateurs 18. Naturellement, on pourrait aussi bien considérer que certains des composants du codeur qui vient d',être décrit appartiennent au concentrateur 18. On voit que, dans le cas illustré en figure 2, chaque station esclave 9 joue le rôle de répéteur Sur les deux lignes 10 et il, les informations seront décodées, puis codées à nouveau sous le contrôle de l'horloge locale 22 et donc remises en forme Cette configuration en répéteur est impérative si le support de transmission est diffusant, pour que l'information se propage dans un seul sens sur la ligne 11, qui peut recevoir des informations de plusieurs stations Sur la ligne 10, l'information se propage naturel- lement dans un seul sens à partir de la station maître 8 et il suffit d'éviter-qu'elle ne retraverse le coupleur 12- après avoir parcouru l'anneau. Dans le cas-o on utilise un support de transmission non diffusant pour constituer la ligne 11, le coupleur 17 peut être simplifié et avoir la constitution de principe montrée en figure 3 Sur cette figure, deux coupleurs passifs - 39 et 40 respectivement placés sur les lignes 10 et 11, permettent de dériver une fraction faible de l'énergie qui y circule Dans la mesure o ils laissent passer la plus grande partie de l'énergie, il n'est pas nécessaire de prévoir la ré-émission, par des composants actifs, des données décodées. Les lignes ne sont-donc pas interrompues Le priincipe de la synchronisation reste identique à celui déjà décrit en fai- sant référence à la figu-re 2 Les données circulant sur les deux lignes sont décodées dans des décodeurs respectifs 23 et 27 à partir du signal fourni par un circuit XH 22 Un codeur 28, piloté par le signal d'horloge provenant du cir- cuit 22, émet, sur la ligne 11, les données que lui présente le coupleur 18 sur la ligne 30 Ces données sont insérées sur la ligne Il par le coupleur directionnel 41, qui peut être physiquement confondu avec le coupleur 40. A nouveau, le synchronisme de toutes les données cir- culant sur les lignes 10 et il est bien assuré Toutefois, da-ns la configuration de la figure 3, la contrainte concernant la différence des temps de transit sur les deux lignes 10 et 11 est plus stricte, puisque la différence de temps doit être calculée pour un parcours sur toute la boucle et non pas entre -deux stations successives. La constitution schématiquement représentée en figure 3 peut notamment être utilisée lorsque le support est constitué par un guide diélectrique d'ondes optiques, et notamment par une fibre optique La transmission lumineuse sur une fibre - est en effet monodirectionnelle Toutefois, la technologie actuelle de dérivation de lumière à partir d'une fibre optique ne permet pas de mettre en oeuvre un nombre élevé (supérieur à 30 environ) de coupleurs sans adaptation des récepteurs op- tiques associés à chaque station Lorsque le système doit comporter un grand nombre de stations, on sera donc amené à utiliser des coupleurs du genre montré en figure 1. Un exemple de constitution de principe du coupleur 12 de la station maître 8 est donné'en figure 4 Ce coupleur comporte une partie de réception qui peut être identique à celle des coupleurs 17 Cette partie ne sera donc pas décrite et ses composants sont désignés, sur la Figure 4, par les 25.mêmes numéros de référence que sur les figures 2 et 3. La partie émission comporte une horloge maître 42 qui est transmise sur la ligne 10 aux stations esclaves 9, à travers un codeur 43 Le signal d'horloge est transmis directement en dehors des périodes d'interrogation d'une station esclave, par un circuit d'émission continue 44 atta- quant le codeur 43 Pendant les interrogations émises par la station maître, le signal d'horloge synchronise les codeurs d'émission 43 et 28 On voit que, même en l'absence d'informations à émettre par la station maître, la ligne 10 est active et aucune perte de synchronisation n'est possible dans les sta- tions esclaves 9 L'horloge 42 peut être d'une grande stabi- -9 - lité et minimise ainsi la dérive absolue de toutes les horlogesdu système Le circuit 44 peut être prévu pour émettre toujours le même caractère binaire en périodes d'attente, le début d'une informatibn utile pouvant dans ce cas être constitué systématiquement par le caractère binaire complémentaire. On ne décrira pas ici l'unité de contrôle 13 de la station maître, car elle-peut être de nature classique. Cette unité 13 constitue un petit calculateur frontal insé- ré entre le réseau de transmission et le calculateur 14. Il remplit plusieurs taches: il affecte l'usage de la ligne de données 11 à un concentrateur, en résolvant les conflits d'accès éventuels et vérifie que les capacités de stockage des mémoires des concentrateurs 18 ne sont pas dépassées, il contrôle la bonne marche du système, il met en forme les données reçues sur le réseau pour les rendre acceptables par le calculateur: ces données transitent par exemple sur la ligne 11 par trames et doivent être mise sous forme parallèle. La procédure d'accès au réseau peut être la suivante: l'unité de contrôle 13 interroge successivement les diffé- rentes stations esclaves 9 suivant une séquence qui peut dépendre du volume de données attendu et aussi du caractère rapide ou lent des concentrateurs En réponse, chaque con- centrateur sollicite ou non une autorisation d'émission, sui- vant le degré d'encombrement de sa mémoire locale et des critères prédéterminés, par exemple le retard acceptable à la transmission des informations En général, le concentrateur groupera les données à transmettre, les structurera en ta- bleaux dans la mémoire locale et assurera un formatage appro- pri 6, par exemple suivant le modèle normalisé à haut niveau HDLC beaucoup plus économique qu'une transmission par mots. Lorsqu'en réponse à un signal d'interrogation, une station esclave particulière envoie un signal indiquant qu'une information est à transmettre sur la ligne 11, l'unité de - commande 13 envoie une autorisation à émettre et le concen- trateur 18 approprié transmet sur tableaux Puis la séquence se poursuit Un tel mode d'allocation dynamique de la ligne 11 présente l'avantage d'une grande souplesse quant à la structure de l'installation, à laquelle peuvent aisément être ajoutées des stations esclaves supplémentaires. il - REVENDICATIONS 1 Procédé de transmission, de données numériques sur un réseau comportant une ligne de transmission de données ( 11) et une ligne de commande et de synchronisation ( 10) reliant une station maître, seule capable d'émettre sur la ligne de commande ( 10) et plusieurs stations esclaves ( 9), caractérisé en ce qu'on fait circuler les informations en phase sur les deux lignes ( 10, 11) présentant la même confi- guration, on maintient en permanence l'Amission de la station maître sur la ligne de commande ( 10) et en chaque station esclave, on extrait en permanence le signal d'horloge des informations circulant sur la-ligne de commande. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on émet, à partir de la station maître, sur la ligne de commande, un-même caractère binaire de façon répétitive pendant les périodes d'attente et en ce qu'on marque le début des interrogations par le caractère binaire complémentaire. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le code utilise pour les émissions sur la -ligne de commande à partir de la station maître est choisi parmi ceux permettant de reconstituer un signal d'horloge à partir de messages cod 4 s. 4 Installation de transmission de données numériques sur un réseau comportant une ligne de transmission de données ( 11) et une ligne de commande et de synchronisation ( 10) reliant une station maître-( 8) seule capable d'émettre sur la ligne de commande ( 10) et plusieurs esclaves ( 9), caracté- risée en ce que les lignes sont unidirectionnelles et bou clées sur 1 a station maître et en ce qjue les stations sont prévues pour émettre les informations en phase sur les deux lignes, chaque station esclave comportant des moyens pour extraire une information d'horloge du signal sur la ligne de commande. Installation selon la revendication 4, caractéri- sée'en ce que la ligne de transmission de données ( 11)au _ 12 - moins est constituée par un support physique qui est inter- rompu en chaque station ( 8, 9). 6 Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que la ligne de transmission de données ( 11) au moins est non diffusante et en ce que les stations esclaves sont connectées à la ligne par des coupleurs passifs ( 39, 40, 41). 7 Installation selon la revendication 4, 5 ou 6, caractérisée en ce que les lignes sont prévues de façon que la différence de temps de parcours des informations-sur les deux lignes entre deux stations o elles sont régénérées est inférieure au quart de la durée du plus court des états stables d'un bit d'information après codage.