Brevet FR2717600A1 — publié le 19950922

PROTOCOLE DE COMMANDE ELECTRIQUE POUR HABITATIONS ET IMMEUBLES La présente invention concerne les systèmes de gestion électrique des habitations et des im- meubles, et en particulier un protocole de communications adapté pour un usage dans ces sys- tèmes. Un système de commande électrique type pour installation domestique ou en immeuble comprend un certain nombre de dispositifs prévus pour commander interrupteurs et prises, des charges électriques de types divers (par exemple éclairage, chauffage, refroidissement et dispo- sitifs motorisés variés), et des dispositifs de protection tels que disjoncteurs miniatures, inter- rupteurs de protection contre les courants de court-circuit, fusibles, etc... Dans ce type d'instal- lation, un système de commande comprend un ou plusieurs dispositifs émetteurs-récepteurs de faible puissance associés à un ou plusieurs des éléments électriques susmentionnés, les émet- teurs-récepteurs étant de manière caractéristique connectés en parallèle via un support de com- 1 5 munication. Pour une plus grande simplicité et un coût moindre, il est typique que le support de com- munication comprenne des moyens d'alimentation et de datagramme (signaux) à deux fils. Les moyens à deux fils peuvent être prévus sous forme de paire torsadée blindée ou non blindée. Diverses topologies telles que bus, étoile, anneau, maille et/ou un mélange de ces topologies peuvent être utilisées avec ce support. Chaque dispositif du réseau comprend un émetteur-récepteur pour recevoir et transmettre des signaux de données, un dispositif informatique pour recevoir des données et envoyer des données de sa propre autorité en fonction des programmes qui y sont stockés et des moyens de stockage pour conserver diverses données (par exemple les états d'autres dispositifs du réseau), et des moyens de commande du circuit pour commander les appareils électriques (par exemple lampes, interrupteurs, charges) qui leur sont associés. Chaque dispositif du réseau est adapté et conçu pour échanger des signaux de données via le support à deux fils. En reliant les divers dispositifs, il est possible de commander et de gérer les divers appa- reils associés à chaque dispositif, chacun étant commandé indépendamment de l'autre. L'échange d'informations entre les dispositifs est un élément important pour la commande des dispositifs du réseau et l'échange d'informations sous forme numérique est tout à fait carac- téristique. Les signaux numériques peuvent être étudiés pour minimiser les erreurs dans les échanges d'informations, ce qui est important en environnement critique de sécurité. Toutefois, le support de communication possède une largeur de bande supérieure inhérente qui limite la quantité d'informations numériques qu'il peut transporter à un moment donné. En conséquen- ce, il existe plusieurs techniques de transmission numérique qui peuvent être utilisées pour mieux utiliser la largeur de bande disponible du support entre les types nombreux et variés de dispositifs répartis sur le réseau. La capacité du support de communications à convoyer l'infor- mation numérique vers tous les dispositifs peut également être réduite par sa longueur totale car le temps de transmission des signaux numériques provenant de dispositifs très éloignés les uns des autres peut dépasser une période admissible à l'intérieur de laquelle les signaux numériques ne se chevaucheront pas dans le temps. Une technique connue sous le terme de multiplexage par répartition dans le temps (MRT) permet à chaque dispositif de prendre son tour (dans un système de répartition circulaire dit "round robin"), chacun d'entre eux obtenant périodiquement la totalité de la largeur de bande d'échange des données pour une période de temps prédéterminée. En utilisant cette technique, le temps de transmission est découpé de rnanière unique entre les dispositifs et chaque intervalle de temps transporte les données transmises par un et un seul des dispositifs du réseau. Pendant ce temps, tous les dispositifs sur le réseau peuvent lire les données fournies par le dispositif en train d'émettre (données diffusées). Une technique MRT nécessite l'allocation d'un créneau temporel unique à chacun des dispositifs existants et/ou futurs, et chaque début ou fin d'un cré- neau temporel est synchronisé à une horloge principale située sur le réseau. Tous les dispositifs contribuent pour une quantité de données numériques prédéterminée, l'un après l'autre, jusqu'à ce que chaque dispositif ait envoyé toutes ses données. Cette procé- dure est avantageuse et particulièrement efficace lorsqu'une mise-à-jour fréquente des données est requise soit par un contrôleur central, soit par chaque dispositif lui-même. Dans un réseau o tous les dispositifs doivent connaître le mode de fonctionnement ou la condition des autres dispositifs du réseau, le MRT offre les moyens d'un échange régulé d'informations. Toutefois, cet ensemble est très rigide et peut limiter la quantité, et parfois la complexité, des données nu- mériques communiquées par chaque dispositif. Une des limites de la technique MRT est que chaque créneau temporel doit être interprété sans ambiguïté par tous les dispositifs communicants. Une horloge de synchronisation centrale peut initier chaque période de transmission d'échange de données mais des données numériques retardées résultant des délais de propagation des signaux le long du réseau peuvent entraîner la perte ou l'altération des données. Le dispositif récepteur ne pourra pas déterminer facilement quels bits de données proviennent de quel ensemble de données et par conséquent aucune don- née ne pourra être acceptée de manière sûre par le récepteur. C'est pour cette raison que le MRT n'est pas idéal pour un réseau de longueur importante ou devant être étendu. Une autre technique de communication de données numérique utilisée dans ce type de ré- seaux est connue sous le terme de Accès Multiple par Détection de Porteuse avec Détection de Collision (CSMA/CD) et elle est très communément utilisée chaque fois que des données doi- vent être communiquées par un parmi de nombreux dispositifs répartis sur un réseau important. Une amélioration supplémentaire du schéma CSMA/CD consiste à inclure une forme d'Anti- Collision (CA) afin de réduire la collision inévitable de paquets d'informations de données nu- mériques et la fréquence de celle-ci ou de récupérer des données qui seraient perdues par suite de collisions. Le CSMA/CD - CA ne réclame aucune coordination centrale, aussi est-il bien adapté pour un système de commande électrique domestique ou d'immeuble réclamant des vitesses d'échan- ge de données numériques relativement élevées pour la communication d'informations entre des dispositifs intelligents répartis sur une grande étendue tels que décrits ci-dessus. Toutefois, dans un réseau limité par la largeur de bande utilisant par exemple le type de support à deux fils décrit plus haut, le CSMA/CD n'est pas nécessairement configuré de maniè- re optimale pour la collecte rapide des informations provenant d'un grand nombre de disposi- tifs. Comme la communication entre dispositifs doit être établie une seule à la fois et pendant cette période de communication, une seule unité peut transmettre à la fois. Le CSMA/CD est par conséquent une technique inefficace pour l'échange d'informations d'état entre de nombreux dispositifs. Dans un aspect large de l'invention, un protocole d'échange de données numériques desti- né à être utilisé dans un réseau de communications par commutation de paquets pour la connexion de deux dispositifs de commande ou plus comprend l'utilisation d'un protocole à commutation de paquets avec Accès Multiple par Détection de Porteuse avec Détection de Collision ayant une trame supplémentaire prévue pour le lancement d'une période de communi- cation à multiplexage par répartition dans le temps pendant laquelle l'état de chacun desdits dis- positifs peut être transmis à chaque autre dispositif raccordé audit réseau. Un protocole d'échange de données numériques dans lequel le protocole à commutation de paquets avec Accès Multiple par Détection de Porteuse avec Détection de Collision utilise aussi un Anti-Collision. Un protocole d'échange de données numériques dans lequel, pendant ladite période de communication à multiplexage par répartition dans le temps, des créneaux temporels pour chaque dispositif sont synchronisés par une horloge unique à laquelle se réfère le réseau. Un protocole d'échange de données numériques dans lequel ladite période de communica- tion à multiplexage par répartition dans le temps est plus longue que le délai de propagation entre les dispositifs qui, mesurés sur le réseau, sont physiquement les plus éloignés. Un mode de réalisation spécifique de l'invention va maintenant être décrit plus en détail en faisant référence aux figures annexées et comme illustré dans celles-ci. Ce mode de réalisation est illustratif mais non pas restrictif de l'invention. La Figure 1 est un schéma élémentaire d'une pluralité de dispositifs répartis dans un ré- seau relié par une paire de fils; La Figure 2 est un chronogramme d'une trame de données numériques à CSMA/CD - CA; La Figure 3 est une trame de lancement de MRT d'une trame CSMAJCD - CA; et La Figure 4 est une représentation schématique d'un protocole d'échange de données MRT en accord avec un mode de réalisation de l'invention. Une grande diversité de systèmes d'information, de commande et de gestion utilisant des réseaux de communication à commutation de paquets avec des supports à deux fils pour l'ali- mentation et la communication sont utilisés pour une tout aussi grande diversité d'applications. En particulier, des réseaux à commutation de paquets sont très souvent utilisés dans le domaine des constructions de résidences, de locaux commerciaux et de bâtiments industriels dans le but de servir de support à des systèmes de gestion de commande des bâtiments. De manière typique, des paires de conducteurs sont facilement posés et acheminés dans des constructions neuves et existantes et des connexions simples par pose de prises insérées sur la ligne sont raccordables en tout point sur la paire de conducteurs, comme montré sur l'illustra- tion de la Figure 1. Les fils 10 et 12 constituent un support pour la communication de l'alimen- tation et des signaux aux dispositifs 14, 16, 18 et 20 qui sont répartis comme voulu sur la lon- gueur des fils 10 et 12. Dans ce mode de réalisation, le protocole d'échange des données numériques peut de ma- nière préférée être du type CSMA/CD -CA, la Figure 2 montrant une trame type o, dans cet exemple, commande = 0. Toutefois, si nécessaire, une trame spéciale, telle que représentée sur la Figure 3 pour laquelle la commande n'est pas égale à 0, peut être envoyée par tout dispositif du réseau pour lancer une période de communication MR'. Pendant la période MRT, tous les dispositifs participants peuvent, de manière préférée, être synchronisés par cette trame spéciale, et/ou également par une horloge de synchronisation qui est présente en permanence sur le support de communication. L'horloge de synchronisation ne fait qu'offrir une référence de synchronisation qui par conséquent peut être générée par un dis- positif d'horloge "non intelligent" situé en un point quelconque du réseau. Il est préférable dans la conception d'un protocole de communication utilisant le CSMA/CD et/ou CA qui met en oeuvre une trame de lancement de MRT, d'avoir une largeur de bande maximale et une longueur physique maximale prédéterminées pour le support de commu- nication à deux fils. La détermination préalable de ces deux caractéristiques réduit la probabilité et/ou l'incidence des erreurs de synchronisation qui peuvent se produire si l'une ou l'autre est dépassée. De plus, il est préférable que tous les dispositifs connectés soient prévus pour conserver la synchronisation d'envoi de données MRT avec la trame reçue qui lance la période d'échange de données numériques MRT. Additionnellement, il est préférable que la trame de lancement du dispositif nécessitant une période de protocole MRT contienne des informations suffisantes pour autoriser les dispositifs participants à fournir les informations appropriées à l'intérieur de cette période de trame MRT. De manière typique dans ce mode de réalisation, la période de trame MRT est utilisée par tous les dispositifs présents sur le réseau pour récupérer les informations concernant tous les autres dispositifs en fonction à ce moment là sur le réseau, comme visualisé sur la Figure 4. Le type d'information qui peut être fourni comprend l'état de l'un ou de l'ensemble des dispositifs sur le réseau, ou alternativement de groupes de dispositifs sur le réseau, ou même l'existence d'un dispositif nouvellement ajouté sur le réseau. Une liste de tous les dispositifs actifs peut être conservée soit de façon centrale, soit répartie entre tous les dispositifs, ceci simplifiant et ai- dant l'identification de communications en cours ou potentielles et de problèmes créés entre dis- positifs. L'utilisation d'une période de trame MRT pour échanger rapidement des informations dans un protocole CSMA/CD - CA prédominant garantit que toute information importante est rapide- ment et, ce qui est plus important encore, efficacement échangée entre chaque dispositif. Un protocole de communication CSMA/CD - CA conventionnel fait de multiples tentatives (par for- cément fructueuses) de communication lorsqu'est nécessaire l'échange d'informations simi- laires entre les dispositifs du réseau et prend plus longtemps et utilise parfois inutilement une largeur de bande précieuse. Comme chaque trame du protocole CSMA/CD - CA est confirmée comme étant reçue cor- rectement lors de sa réception, l'état de l'appareil ou de la charge raccordé(e) au dispositif aura changé de la manière voulue. En conséquence, les informations recueillies pendant toute trame MRT lancée simultanément confirmera également un changement d'état de fonctionnement du dispositif lanceur ou émetteur. Cette utilisation préférée d'une période de trame MRT dans un protocole CSMA/CD - CA autorise une réduction du nombre de retransmissions qui, de manière typique, seraient néces- saires dans un protocole CSMA/CD - CA d'échange d'informations. Ceci présente des avan- tages spécifiques aux vitesses de communication typiquement faibles des supports de communi- cation à deux fils utilisés dans les réseaux de gestion de bâtiments. L'invention a été décrite en utilisant un réseau par commutation de paquets spécifique fai- sant usage à la fois de protocoles CSMA/CD - CA et MRT de manière à faire un usage efficace de la largeur de bande disponible. Toutefois, les hommes de l'art comprendront que l'invention n'est pas consignée à son uti- lisation pour l'application particulière décrite ici, et que la présente invention n'est pas non plus limitée dans son mode de réalisation préféré aux composants particuliers et/ou à la configuration des éléments du protocole décrits ici. On comprendra que diverses modifications peuvent en être effectuées sans s'éloigner des principes de l'invention et par conséquent l'invention devra être comprise comme englobant dans sa portée toutes ces modifications. REVENDICATIONS 1. Protocole d'échange de données numériques destiné à être utilisé dans un réseau de communications par commutation de paquets pour la connexion de deux dispositifs de com- mande ou plus comprenant l'utilisation d'un protocole à commutation de paquets avec Accès Multiple par Détection de Porteuse avec Détection de Collision, ayant une trame supplémentaire adaptée pour lancer une période de communication à multiplexage par répartition dans le temps pendant laquelle l'état de chacun desdits dispositifs peut être transmis à chaque autre dispositif raccordé audit réseau. 2. Protocole d'échange de données numériques selon la Revendication 1 dans lequel le protocole à commutation de paquets avec Accès Multiple par Détection de Porteuse avec Détection de Collision utilise aussi un Anti-Collision. 3. Protocole d'échange de données numériques selon la Revendications 1 dans lequel, pendant ladite période de communication à multiplexage par répartition dans le temps, des cré- neaux temporels pour chaque dispositif sont synchronisés par une horloge unique à laquelle se réfere le réseau. 4. Protocole d'échange de données numériques selon la Revendication 1 dans lequel ladite période de communication à multiplexage par répartition dans le temps est plus longue que le délai de propagation entre les dispositifs qui, mesurés sur le réseau, sont physiquement les plus éloignés.