Brevet FR2551278A1 — publié le 19850301

La pressente invention se referme aux systèmes de communication entre plusieurs postes par le moyen d'une voie unique. On sait qu'en pareil cas, chaque poste désirant envoyer un message à un autre commence par versifier si la voie est libre. Si tel est bien le cas, il émet sur celle-ci un signal designant cet autre poste, ce signal étant suivi du message lui-meme. Si au contraire la voie est occupée, ou bien il reste à l'écoute afin de déceler l'instant où elle sera à nouveau libre, ou bien il attend un temps déterminé pour proceder une nouvelle vérification. Toutefois, ces systèmes ne sont pas à l'abri de ee-qu'on appelle des collisions ou des conflits d'accès, ctest-à-dire l'envoi simultané de messages sur la voie par plusieurs postes à la fois. En effet, la vérification de l'état de la voie n'est pas une opération instantanée et il en va de même de la propagation des signaux sur celle-ci > notamment si elle comporte une longueur relativement grande. I1 existe donc pour chaque cas envisagé un temps très court, mais non nul, durant lequel deux postes vérifiant ltétat de la voie peuvent découvrir l'un et l'autre qu'elle est libre et par conséquent commencer à émettre.Bien entendu, l'on doit prévoir des moyens pour déceler de telles collisions et pour minimiser les inconvénients qu'elles comportent, notamment la surcharge imposée à la voie de communication et les pertes de temps inévitables qui en résultent et qui viennent augmenter ce qu'on peut appeler le temps de réponse moyen de la voie considérée, c'est-à-dire le délai moyen entre l'ordre d'émission d'un message et son accusé de réception, calculé en supposant que les messages se suivent sans interruption. Or, cette notion de temps moyen de réponse est très importante car si l'on considère une voie associée à un nombre déterminé de postes, on constate aisément qu'au delà d'un certain temps de réponse, elle se sature très rapidement en rendant les communications pratiquement impossibles. Conformément à l'invention, pour réduire les possibilités de collisions de messages et pour résoudre rapidement les conflits d'accès auxquels elles correspondent, l'on prévoit dans chaque poste - des moyens pour affecter a chaque message à émettre par le poste considéré l'un d'un certain nombre d'ordres de priorité prévus pour l'ensemble des postes - des moyens pour déceler l'apparition d'une collision sur la voie de communication - des moyens qui, lorsque le poste considéré doit émettre un message et qu'il y a ainsi collision sur la voie, retardent cette émission de façon à en situer le début de manière aléatoire dans l'une de plusieurs plages ou zones temporelles successives, en fonction de l'ordre de priorité affecté à ce message. On comprend qu'ainsi lorsqu'une collision a été décelée et que les postes intéressés veulent reprendre l'émission, si les messages en conflit sont de priorités différentes, les postes correspondant aux moins urgents de ceux-ci trouveront la voie occupée et attendront qu'elle soit à nouveau libre, et que même dans le cas de deux postes à messages de meme priorité, le caractère aléatoire de la valeur du retard à l'intérieur de la plage ou zone temporelle correspondante a de fortes chances d'aboutir au meme résultat. En outre, conformément à l'invention, pour le cas où néanmoins la collision réapparaît à la reprise de ltémission, il est prévu des moyens qui déterminent la répétition du processus de retard aléatoire se terminant dans des zones temporelles successives en fonction des ordres de priorité, mais en augmentant la largeur ou durée de ces zones, par exemple en la doublant. Il est possible d'agencer les choses de façon que ledit processus se répète au besoin plusieurs fois successives, toujours avec augmentation de la largeur des zones temporelles, au cas où la collision viendrait à persister. Dans ce qui précèdes on a implicitement supposé que tous les postes étaient égaux en fonctionnement, mais rien n'empeche, le cas échéant, de considérer que certains sont partiellement ou totalement privilégiés vis-à-vis des autres. I1 suffit de prévoir en conséquence les moyens correspondants d'affectation d'un ordre de priorité aux messages qu'ils émettent. On peut ainsi concevoir un ensemble de postes ou réseau dans lequel l'un au moins de ceux-ci a pour tous les messages qu'il émet, soit un privilège absolu, soit un privilège relatif, se situant seulement dans le haut de la gamme des ordres de priorité prévus. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer Fig. 1 est un diagramme illustrant la relation entre le temps de réponse, défini comme indiqué plus haut, et le nombre de postes du système. Fig. 2 indique la répartition des zones aléatoires des délais d'attente après collision dans un système comportant quatre ordres de priorité. Fig. 3 est une vue semblable à celle de fig. 2, mais en supposant que la collision ait persiste après le premier temps d'attente. Fig. 4 est un schéma simplifié d'un poste du système. Fig. 5 à 9 sont des représentations graphiques illustrant les diverses phases opératoires pour un poste considéré, respectivement s'il passe sur la voie un message ne le concernant pas, si ce message le concerne, s'il apparat sur la voie une collision laquelle il reste étranger, si cette collision se produit à un moment où il va désirer émettre un message d'ordre de priorité 2 ou 3, et enfin dans ce même dernier cas, si au contraire l'ordre de priorité du message est 0 ou 1. Fig. 1 illustre clairement la variation du temps moyen de réponse, tel qu'on l'a défini plus haut, en fonction du nombre des postes reliés à la voie considérée. On voit que la courbe représentative de ce temps comporte un coude de croissance marqué au- delà duquel cette voie est saturée. En d'autres termes, à mesure que le nombre de postes augmente, la voie est de plus en plus occupée et le temps qui s'écoule entre l'ordre d'émission et la fin du message est de plus en plus long en raison des délais d'attente. En pratique, on doit donc se limiter à un nombre de postes Ns auquel correspond un temps moyen t . Bien entendu, N dépend des conditions s s opératoires (débit de la voie, longueur de celle-ci > fréquence des émissions, etc...). Mais on comprend que tout phénomène qui vient augmenter le temps moyen ts, et notamment les collisions et leur résolution, est hautement préjudiciable et contraint à réduire N si l'on veut s éviter la saturation. L'invention vise précisément à réduire les retards entrainés par de telles collisions et ù accélérer les résolutions de ces dernières. Dans une forme d'exécution de cette invention, l'on répartit les messages à émettre par les postes suivant quatre ordres de priorité respectivement numérotés 0, 1, 2 et 3, l'indication O correspondant aux messages les plus urgents (ce qu'on peut interpréter comme signifiant que le retard à leur transmission doit être le plus faible possible) et l'indication 3 aux moins urgents. Par ailleurs on a en outre supposé dans cette forme d'exécution que les postes eux-mêmes étaient répartis en deux catégories, s-avoir une première à émission privilégiée et une seconde dont l'démission ne l'est pas. Les quatre ordres de priorité sont alors répartis comme suit : Emetteur émetteur : privilégié : non privilégié : (Pr) (N Pr) : Flot normal 2 3 : Flot express 0 1 Ceci posé, le système de-communication, c'est-à-dire l'ensemble de la voie et des postes reliés à celle-ci > est agencé conformément à ce qui suit 1" Chaque poste possède un indicatif, et plus particulièrement un numéro qui constitue son adresse physique 20 Chaque poste comporte des moyens qui, en dehors de ses temps d'émission, le maintiennent en permanence à l'écoute de la voie de transmission (constittlée par exemple par un cble co-axial ou analogue), que cette voie soit occupée ou non et, dans le premier cas, que le message qui y circule soit destiné au poste considéré ou à un autre. 30 Dans chaque poste, les moyens prévus sous 20, ou d'autres qui leur sont associés, signalent à chaque instant au poste considéré si la voie est libre ou si elle est occupée. 40 Chaque poste comporte des moyens pour détecter avec précision (vis-à-vis des parasites éventuels) les fins de tous les messages qui circulent sur la voie, qu'ils lui soient destinés ou qu'ils le soient à d'autres postes. 50 Si à un instant quelconque} un poste considéré désire émettre et si les moyens prévus sous 30 lui indiquent que la voie est libre, il commence immédiatement son émission (au risque d'entrer en collision s'il le fait presque même temps qu'un autre poste). 60.: Si au contraire les moyens prevus sous 30 signalent au poste considéré que la voie n'est pas libre, d'autres moyens prévus à celui-ci le mettent en attente et l'y maintiennent jusqu'à écoulement d'un temps de silence S après la fin du message en cours, détectée comme indiqué ci- dessus sous 40. Ce temps S constitue une marge de sécurité destinée à garantir que tous les circuits intéressés aient pu effectuer leurs changements d'état. Sauf le cas de voies de transmission de très grande longueur, il peut être relativement court, de l'ordre de 30 micro-secondes, par exemple, comme on l'expliquera plus loin. 70 Chaque poste comporte des moyens pour détecter de manière non ambiguë (vis-à-vis des parasites éventuels) toute collision apparaissant sur la voie de transmission, qu'il soit ou non impliqué dans cette collision (c'est-à-dire qu'il soit ou non à l'émission à l'instant de celle-ci). On notera que dans les explications données jusqu'ici sous 1 à 7; on n'a pas tenu compte des priorités définies plus haut. Cela tient au fait que celles-ci n'interviennent qu'après détection d'une collision, ainsi qu'on l'exposera ci-dessous. Pour simplifier l'expose qui va suivre, on utilisera les notations suivantes # : temps de propagation maximal des signaux (environ 10 micro-secondes pour 2 000 m) T : durée de collision maximale (environ 2 Z) ; c S : marge de silence minimale avant d'émettre (environ 3Z); K : ordre des collisions successives éventuelles (K = 1 pour la première, 2 pour la seconde la suivant immédiatement, 3 pour la troisième, etc...) P : ordre de priorité d'un message (P = 0, 1, 2 ou 3). Q T1 : : délai d'attente correspondant à la formule dT1 = 2# + KP x 6# + A [0 -- > 6K#] dans laquelle l'expression A [0 ~ 6K ss ] désigne une variable aléatoire de valeur comprise entre O et 6K' , et de distribution uniforme. Fig. 2 montre les quatre zones temporelles A,B, C, D dans lesquelles la fin du délai d'attente #T1 se situe de façon aléatoire en fonction de la priorité (P = 0, 1, 2 ou 3) dans le cas où K = l,Fig. 3 représente ces mêmes zones (ici référencées A', B', C', D',) pour K = 2. On comprend qu'il serait possible d'établir des représentations analogues pour toute autre valeur de K. Ces préliminaires terminés, on peut exposer comme suit la mise en oeuvre de l'invention dans le cas pris à titre d'exemple ci-dessus A - Chaque poste renferme des moyens qui, lorsqu'il tente d'émettre et qu'une collision est détectée, engendrent pendant le temps T précité un signal de brouillage susceptible d'etre identifie par tous c les autres postes, puis placent le poste considéré en état d'attente. Dans une forme d'exécution préférée, ce signal de brouillage est très simplement constitué par ltélévation de potentiel qui apparait sur la voie du fait de la superposition de plusieurs émissions simultanées et qui est facile å détecter par un dispositif à seuil. B - Tous les postes renferment encore des moyens qui, lorsque le poste considéré n'est pas à l'émission, identifient ce signal de brouillage et imposent au poste un temps d'attente précisément égal àT. c C - Chaque poste renferme également des moyens qui, à la fin de ce temps Tc, ou pendant celui-ci > calculent le délai d'attente aléatoire dT1 dont la fin se situe dans une zone temporelle fonction de la priorité d'un message que le poste aurait à transmettre, ou de la priorité 3 (minimale) si le poste envisagé ne renferme pas un tel message, c'est-à-dire s'il est "inoccupé" à l'instant considéré. D - il est en outre prévu dans chaque poste des moyens qui, une fois le délai dT1 ainsi calculé, l'imposent au poste, c'est-à-dire l'empêchent normalement d'émettre pendant celui-ci. E - Toutefois si pendant ce déliai il arrive au poste considéré un message à transmettre de priorité O ou 1, alors les moyens indiqués sous D sont mis hors d'action et le poste passe immédiatement à l'émission. F - Si à l'expiration du délai dT1 pour tous les postes du réseau aucune collision n'est apparue, le fonctionnement normal~reprend de lui-meme. G - Si au contraire une nouvelle collision est détectée- avant la fin du délai dT1, alors le processus sus-décrit se répète, mais les moyens prévus sous C utilisent pour le calcul de ce délai le coefficient K = 2. Si l'on considère fig. 2, on voit qu'auprès la collision les postes se trouvent répartis en quatre groupes (priorités 0, 1, 2 ou 3), ce qui réduit évidemment beaucoup le risque d'apparition d'une nouvelle ou seconde collision. En outre, dans chaque groupe l'instant de debut d'émission est aléatoire; de telle sorte que si le groupe considéré renferme deux postes cherchant à émettre, la probabilité pour qu'ils le fassent presque simultanément est très réduite. En supposant que néanmoins une telle seconde collision se produise, le doublement des délais d'attente, comme indiqué en fig. 3, réduit de moitié les chances d'une troisième qui devient pratiquement exclue. Bien n'empeche d'ailleurs de prévoir les circuits de façon telle que si une telle troisième collision apparaissait, le processus recommence avec K = 3, et ainsi de suite. Fig. 4 montre sous forme très simplifiée le schéma d'un poste dans un système suivant l'invention. On y trouve un processeur ou unité centrale 1 auquel est associée une mémoire 2. L'ensemble 1-2 est relié à ce qu'il est convenu d'appeler des équipements 3, c'est-à-dire aux appareils slr lesquels apparaissent les messages à transmettre et auxquels doivent être amenés ceux reçus. On aperçoit en 4 la voie unique qu'un branchement relie à un commutateur ou coupleur émission-réception 5. Ce dernier est à son tour relie d'une part à l'ensemble .1-2 précité, d'autre part à deux détecteurs 6 et 7, le premier étant destine à surveiller l'état de la voie (libre ou occupée) et le second a déceler les collisions éventuelles.Ces deux détecteurs sont à leur tour reliés à l'unité centrale 1. Fig. 5 à 9 indiquent schématiquement ce qui peut se passer dans un poste dans les diverses circonstances imaginables. Fig. 5 correspond au passage sur la voie d'un message non destin au poste considéré. Il apparatt d'abord sur celle-ci un signal préalable a en réponse auquel ce poste génère une impulsion b qui sera exploite par un premier circuit intérieur approprie (par exemple celui 6 de fig. 4). Cette impulsion active (niveau supérieur c) un second circuit intérieur de constatation d'occupation ou enveloppe d'occupation. Pendant ce temps, il apparat sur la voie l'adresse d du destinataire. Le poste reconnatt que ce n'est pas la sienne et il ne met pas sa réception en action. Une fois le message terminé, il apparat sur la voie un signal de fin de transmission e semblable à celui de début a. Cela détermine l'apparition sur le premier circuit intérieur précité d'une autre impulsion f identique è la précédente b, ce qui détermine le retour du second circuit au niveau inférieur, c'est-à-dire la fin du signal continu c. Ce retour agit sur un troisième circuit intérieur, ou circuit d'attente pour le faire passer au niveau supérieur g pendant un temps égal à 3 (voir plus haut). Ce signal g empêche le poste considéré de passer à l'démission immédiatement à la fin du signal c. Fig. 6 correspond au cas où au contraire le message apparaissant sur la voie est destiné au poste considéré. Tout alors se passe comme en fig. 5, mais avec cette différence importante qu'après avoir reconnu son adresse propre, le poste se met à l'écoute de façon que le message soit envoyé à la mémoire 2 de fig. 4, avant d'être acheminé directement vers les équipements 3 --------- . On a représenté en h la longueur du message. Fig. 7 schématise le cas où, le poste considéré ne désirant pas émettre, il apparatt une collision sur la voie. On aperçoit en a le commencement d'un premier signal de début d'émission provenant d'un poste N, mais presque en meme temps il se superpose à celui-ci le signal de début a' d'un autre poste M. le circuit 7 de fig. 4 déclenche le signal de collision et impose le temps d'attente # T1 fonction de K et de P conformément à la formule indiquée plus haut. Comme le poste ne désire pas émettre, P = 3. Si la collision ne se trouvait pas résolue, le délai Tc serait renouvelé, mais avec une valeur double, comme sus-exposé. Fig. 8 représente le cas où poste désire émettre à l'instant d'une collision, la priorité de son message étant égale à 2 ou 3. On retrouve le temps Tc suivi du temps en partie aléatoire dTl = f (K, P). La flèche verticale i correspond à l'instant où apparat la demande d'émission. Celle-ci reste bloquée jusqu'a la fin du temps 1 #T1 où elle devient effective. Elle est donc retardée de j. En fig. 9 au contraire, la priorité du message est O ou 1. Dès qu'apparaft la demande d'Emisslon i, l'écoulement du délai d'attente T1 est coupé et l'démission a lieu. En d'autres termes, ce délai T1 a précisément été écourté de a. Il doit d'ailleurs etre entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'è titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. RFVENDICATl0NS 1. Système de communication entre plusieurs postes par le moyen d'une voie unique, du genre dans lequel il est prévu des moyens pour détecter toute collision de messages apparaissant sur cette voie, ainsi que des dispositifs pour résoudre à chaque fois les problèmes que pareille collision soulève, caractérisé en ce que ces dispositifs comprennent - des moyens qui, lorsque le poste considére tente d'émettre er qu'une collision apparait, arretent son émission et lui font engendrer un signal de brouillage pendant un temps déterminé (Tc) i - des moyens qui, lorsque le poste considéré n'est pas à ltémission, identifient un tel signal de brouillage et imposent au poste un temps d'arrêt au moins égal au temps (T) précité - des moyens qui à la fin de ce temps d'arrêt ou pendant celui-ci, calculent un délai d'attente ( fl T1) dont la fin se situe de façon aléatoire dans une zone temporelle (A, B, C, D) fonction du degré de priorité (O, 1, 2 ou 3) d'un message que le poste considéré aurait å transmettre, ou dans la zone de priorité minimale (3) en l'absence d'un tel message (c'est-à-dire si le poste est "inoccupéç è l'instant considéré) ;; - des moyens qui, une fois le délai d'attente ainsi calculé, l'imposent au poste, c'est-è-dire I'empêchent d'émettre jusqu'a l'expiration de celui-ci ; - et des moyens qui, une fois ce délai écoulé, rétablissent le fonctionnement normal du poste. 2. Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le temps d'arret est substantiellement egal à la durée (Tc) du temps de brouillage. 3. Système suivant 1'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le temps de brouillage (Tc) est au moins égal à deux fois le temps de propagation ( ) des signaux sur la voie entre les deux postes les plus éloignés l'un de l'autre. 4. Système suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque poste comprend des moyens qui, s'il reçoit pendant son délai d'attente ( d T1) l'ordre d'emettre un message comportant un ordre de priorité supérieur à une limite déterminée (priorité O ou 1), lui permettent d'émettre ce message sans attendre la fin dudit délai d'attente. 5. Système suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les zones temporelles (A, B, C, D) de fin des délais d'attente (#T1) sont substantiellement de même valeur pour les diverses priorités (0, 1, 2, 3) du système. 6. Système suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les zones temporelles (A, B, C, D) de fin des délais d'attente ( a T1) se succèdent substantiellement sans interruption. 7. Système suivant l'une quelconque des revendications précédentes, carat:::rrse en ce qu'il comprend dans chaque poste des moyens qui, si lors du rétablissement du fonctionnement normal après une collision il en apparaît une seconde, puis éventuellement une troisième, une quatrième, etc...), déterminent la répétition du processus, mais en allongeant à chaque fois la durée des zones temporelles (A, B, C, D) de fin des délais d'attente. 8. Système suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la valeur du délai d'attente pour chaque poste est donnée par la formule t T1 = 2 2 + KP x 6 Z + A [O -- > 6K # ] dans laquelle g est une valeur égale à environ le double du temps de propagation des messages sur la voie entre les deux postes les plus éloignés l'un de l'autre, K le nombre des collisions successives (soit 1 pour la première, 2 pour la seconde > etc...), P 1'ordre de priorité du poste considéré (soit 0, 1, 2, 3 etc... par ordre de priorité décroissante) et A[O--r6KZ] un nombre aléatoire quelconque situé entre zéro et 6KS 9. Système suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les postes qu'il renferme sont classés par catégories successives (Pr, Npr) en fonction de la priorité (0, 1 ; 2, 3) que comportent les messages qu'ils peuvent émettre.