Brevet FR3064866A1 — publié le 20181005

DISPOSITIF DE GESTION POUR GÉRER UN RÉSEAU ETHERNET/IP VIA UN ORGANE ETHERNET L'invention concerne les réseaux de communication de type Ethernet/IP (« Internet Protocol ») et structurés en couches du modèle TCP/IP (« Transport Control Protocol / Internet Protocol »), et plus précisément la gestion de tels réseaux via des organes (ou noeuds) Ethernet qu'ils comprennent. la Comme le sait l'homme de l'art, la structure en couches du modèle TCP/IP comprend une première couche d'accès au réseau utilisant le protocole MAC 802.3, une deuxième couche de réseau utilisant les protocoles IP, ARP, ICMP et IGMP, une troisième couche de transport utilisant les protocoles TCP et UDP (« User Datagram Protocol »), et une quatrième 15 couche d'application permettant à des services assurés par les organes (ou noeuds) Ethernet d'accéder à leur réseau de communication. Les protocoles utilisés dans la couche d'application dépendent essentiellement des services qui sont offerts par les organes (ou noeuds) Ethernet. A titre d'exemples un service audio et/ou vidéo peut nécessiter un 20 protocole de la famille RTP ou un protocole tel que AVB ou TSN, un service d'interface homme/machine (ou IHM) et un service de commande de contrôle peuvent nécessiter un protocole tel que HTTP (HTML5) ou MQTT ou encore SOME/IP, un service de synchronisation peut nécessiter un protocole tel que NTP ou PTP ou encore 802.1AS, un service de connexion peut nécessiter un 25 protocole tel que Telnet ou SSH, un service de transfert de fichier peut nécessiter un protocole tel que FTP ou TFTP, un service de messagerie peut nécessiter un protocole tel que IMAP ou POP3 ou encore SMTP, et un service système peut nécessiter un protocole tel que DNS ou DHCP ou SNMP ou encore DolP. 30 Dans certains systèmes comprenant un réseau (de communication) Ethernet/IP, comme par exemple certains véhicules, des services ont besoin de réaliser certaines fonctions de gestion, comme par exemple piloter les 3064866 2 différentes phases de vie du réseau, superviser les organes (ou noeuds) Ethernet pour déterminer leur état de connexion au réseau, tester les différents protocoles utilisés dans la pile de protocoles du modèle TCP/IP, et réaliser des services fonctionnels génériques (comme par exemple assurer 5 une passerelle de message entre différentes technologies réseau). Pour réaliser toutes ces fonctions de gestion, il faudrait implémenter un même protocole de gestion dans tous les organes (ou noeuds) Ethernet du réseau. A cet effet, on pourrait utiliser le protocole SOME/IP ou le protocole MQTT de la couche d'application. Mais ces protocoles ne sont pas implémentés de façon systématique dans tous les organes (ou noeuds) Ethernet car ces derniers n'ont pas les mêmes besoins fonctionnels du fait de leur importante diversité, notamment en matière de services assurés. De plus, ces protocoles sont difficilement implémentables dans tous les organes (ou noeuds) Ethernet car leurs poids (en termes d'octets de leurs trames de données) et complexité sont élevés du fait du nombre élevé de fonctions qu'ils gèrent. L'invention a donc notamment pour but d'améliorer la situation. Elle propose notamment à cet effet un dispositif de gestion destiné à équiper un organe Ethernet devant être couplé à un réseau de communication de type Ethernet/IP, adapté à la transmission bidirectionnelle de trames de données entre des organes Ethernet et structuré en couches d'un modèle TCP/IP, parmi lesquelles une couche de transport et une couche d'application placée au-dessus de la couche de transport et permettant à des services assurés par les organes Ethernet d'accéder au réseau de communication. Ce dispositif de gestion se caractérise par le fait qu'il utilise dans la couche d'application un protocole de gestion pour : - transmettre à la couche de transport de son organe Ethernet une trame de données dite de gestion et comprenant un message ayant été généré par un service assuré par cet organe Ethernet et destiné à au moins un autre organe Ethernet, ayant un type et précédé par un entête comprenant des premier, deuxième et troisième champs identifiant respectivement ce service, ce type et une longueur de la trame de données de gestion, et 3064866 3 - transmettre à un service de la couche d'application de son organe Ethernet un message ayant été généré par un autre organe Ethernet, ayant un type et précédé par un deuxième champ identifiant ce type. Grâce à l'invention, chaque fonction de gestion du réseau peut 5 désormais être gérée par chacun des organes (ou noeuds) Ethernet, et peut même être répartie entre plusieurs organes Ethernet. Le dispositif de gestion selon l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment : 10 il peut utiliser dans la couche d'application le protocole de gestion pour transmettre à la couche de transport de son organe Ethernet une trame concatanée comportant au moins deux trames de données de gestion comprenant chacune un message ayant été généré par un service assuré par son organe Ethernet, destinées à au moins un même autre organe 15 Ethernet, placées l'une après l'autre, et encapsulées entre un entête UDP d'un protocole UDP de la couche de transport et un champ de somme de contrôle d'une couche d'accès au réseau du modèle TCP/IP ; le premier champ du protocole de gestion peut, par exemple, comprendre deux octets ; 20 le troisième champ du protocole de gestion peut, par exemple, comprendre deux octets ; le troisième champ du protocole de gestion peut, par exemple, comprendre un nombre d'octets compris entre trois et cinq ; - chaque service peut, par exemple, être choisi parmi un pilotage de 25 phase(s) de vie du réseau de communication, une supervision d'au moins un organe Ethernet pour déterminer un état de connexion au réseau de communication, un test d'au moins un protocole utilisé dans une pile de protocoles du modèle TCP/IP, et une réalisation d'au moins un service fonctionnel générique. 30 L'invention propose également un organe Ethernet, d'une part, destiné à être couplé à un réseau de communication de type Ethernet/IP, adapté à la transmission bidirectionnelle de trames de données entre des 3064866 4 organes Ethernet et structuré en couches d'un modèle TCP/IP, et, d'autre part, comprenant un dispositif de gestion du type de celui présenté ci-avant. L'invention propose également un réseau de communication de type Ethernet/IP, structuré en couches d'un modèle TCP/IP, et comprenant au 5 moins deux organes Ethernet du type de celui présenté ci-avant et propres à s'échanger des trames de données de façon bidirectionnelle. L'invention propose également un véhicule, éventuellement de type automobile, et comprenant au moins un réseau de communication du type de celui présenté ci-avant. 1 o D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 illustre schématiquement et fonctionnellement un véhicule comprenant un exemple de réseau de communication Ethernet/IP 15 comprenant quatre organes (ou noeuds) Ethernet équipés chacun d'un dispositif de gestion selon l'invention, la figure 2 illustre de façon schématique une trame de données de gestion conforme au protocole de gestion de l'invention, et la figure 3 illustre de façon schématique un exemple de trame concaténée 20 comprenant trois trames de données de gestion conformes au protocole de gestion de l'invention et encapsulées. L'invention a notamment pour but de proposer un dispositif de gestion DG destiné à équiper un organe Ethernet Oj devant être couplé à un réseau de communication RC de type Ethernet/IP et structuré en couches du modèle 25 TCP/IP. Il est rappelé que la structure en couches du modèle TCP/IP comprend une première couche d'accès au réseau utilisant le protocole MAC 802.3, une deuxième couche de réseau utilisant les protocoles IP, ARP, ICMP et IGMP, une troisième couche de transport utilisant les protocoles TCP et 30 UDP (User Datagram Protocol), et une quatrième couche d'application permettant à des services assurés par les organes (ou noeuds) Ethernet Oj d'accéder au réseau de communication RC. Les protocoles utilisés dans cette 3064866 5 couche d'application dépendent essentiellement des services qui sont offerts par les organes (ou noeuds) Ethernet Oj. Dans ce qui suit, on considère, à titre d'exemple non limitatif, que le réseau de communication RC est destiné à être installé dans un véhicule V 5 automobile, comme par exemple une voiture. Mais l'invention n'est pas limitée à cette application. Elle concerne en effet tout système, installation ou appareil pouvant comprendre au moins un réseau de communication Ethernet/IP adapté à la transmission bidirectionnelle de trames de données entre des organes (ou noeuds) Ethernet. Elle concerne donc notamment les 1 o véhicules, qu'ils soient de type terrestre, maritime (ou fluvial), ou aérien, les installations, éventuellement de type industriel, et les bâtiments. On a schématiquement représenté sur la figure 1 un exemple non limitatif de réseau (de communication) RC de type Ethernet/IP. Dans cet exemple, le réseau RC comprend un bus auquel sont connectés quatre 15 organes (ou noeuds) Ethernet 01 à 04 (j = 1 à 4). Mais le nombre d'organes Ethernet Oj peut prendre n'importe quelle valeur supérieure ou égale à deux (2). Les organes (ou noeuds) Ethernet Oj peuvent être de tout type. Par exemple, dans le cas d'une voiture il peut s'agir d'un calculateur 20 (éventuellement multimédia), d'une antenne intelligente d'un module d'info- divertissement, d'un dispositif de fusion d'images acquises, ou d'un écran. L'invention propose d'équiper chaque organe (ou noeud) Ethernet Oj du réseau RC d'un dispositif de gestion DG utilisant dans la couche d'application un nouveau protocole de gestion permettant l'émission et la 25 réception de trames Ethernet/IP utilisées (ou générées) par n'importe lequel des services assurés par les différents organes (ou noeuds) Ethernet Oj. Ces émissions et réceptions sont destinées à permettre la réalisation de certaines fonctions de gestion du réseau RC, comme par exemple le pilotage des différentes phases de vie du réseau RC, la supervision des organes (ou 30 noeuds) Ethernet Oj pour déterminer leur état de connexion au réseau RC, le test des différents protocoles utilisés dans la pile de protocoles du modèle TCP/IP, et la réalisation de services fonctionnels génériques (comme par exemple assurer une passerelle de message entre différentes technologies 3064866 6 réseau). Plus précisément, le dispositif de gestion DG d'un organe Ethernet Oj utilise le nouveau protocole de gestion pour transmettre à la couche de transport de cet organe Ethernet Oj, sur un port de gestion dédié, une trame 5 de données dite de gestion tg. Cette dernière (tg) comprend, comme illustré sur la figure 2, un message (ou « payload » - données utiles) qui a été généré par un service assuré par cet organe Ethernet Oj et qui est destiné à au moins un autre organe Ethernet Oj' (j' # j), ayant un type et précédé par un entête etg comprenant des premier Cl, deuxième C2 et troisième C3 champs 10 identifiant respectivement ce service, ce type et la longueur de la trame de données de gestion tg. On comprendra que le dispositif de gestion DG reçoit du service de son organe Ethernet Oj le message et le type de ce message, et génère la trame de données de gestion tg en adjoignant à ce message un entête 15 comprenant le premier champ Cl identifiant ce service, le deuxième champ C2 identifiant le type du message, et le troisième champ C3 définissant la longueur de la trame de données de gestion tg. De plus, le dispositif de gestion DG d'un organe Ethernet Oj utilise également le nouveau protocole de gestion pour transmettre à un service de 20 la couche d'application de cet organe Ethernet Oj un message (ou payload) qui a été généré par un autre organe Ethernet Oj' (j' # j), ayant un type et précédé par un deuxième champ C2 identifiant ce type. On comprendra que cette transmission se fait après extraction par le dispositif de gestion DG dans une trame de données de gestion tg, reçue d'un 25 autre organe Ethernet Oj' et communiqué par la couche de transport via le port de gestion dédié, de son message et du deuxième champ C2 de son entête etg, et détermination du service destinataire de ce message et identifié par le premier champ Cl de son entête etg. Ainsi, chacune des fonctions de gestion du réseau RC précitées peut 30 être gérée par chacun des organes (ou noeuds) Ethernet Oj, ou peut être répartie entre plusieurs organes Ethernet Oj. On notera que le dispositif de gestion DG peut également utiliser dans la couche d'application le protocole de gestion pour transmettre à la 3064866 7 couche de transport de son organe Ethernet Oj, via le port de gestion dédié, une trame concatanée tc. Cette dernière (tc), qui est générée par le dispositif de gestion DG, comprend, comme illustré sur la figure 3, au moins deux trames de données de gestion tgk comprenant chacune un message généré 5 par un service assuré par l'organe Ethernet Oj, destinées à au moins un même autre organe Ethernet Oj' (j' # j), placées l'une après l'autre, et encapsulées entre un entête UDP du protocole UDP de la couche de transport et un champ de somme de contrôle CRCNAAc de la première couche d'accès au réseau du modèle TCP/IP. 1 o Il est rappelé que le champ de somme de contrôle (CRC ou « CHECKSUM ») est destiné à permettre à un organe Ethernet de vérifier que la trame qu'il a reçue n'a pas été altérée au cours de la transmission. Dans l'exemple illustré non limitativement sur la figure 3, la trame concatanée tc comprend trois trames de données de gestion tgl à tg3 (k = 1 15 à 3). Mais elle pourrait comprendre n'importe quel nombre de trames de données de gestion tgk, dès lors que ce nombre est supérieur ou égal à deux (2). Par exemple, le premier champ Cl du protocole de gestion peut comprendre deux octets (ou « bytes »). Mais il pourrait comprendre un seul 20 octet ou bien trois octets. Ce nombre d'octets est fonction du nombre de services assurés par les différents organes (ou noeuds) Ethernet Oj du réseau RC. Egalement par exemple, le deuxième champ C2 du protocole de gestion peut comprendre deux octets (ou bytes). Mais il pourrait comprendre 25 un seul octet ou bien trois octets. Ce nombre d'octets est fonction du nombre de types de message utilisés par les services assurés par les différents organes (ou noeuds) Ethernet Oj du réseau RC, pour réaliser les différentes fonctions de gestion du réseau RC. On comprendra que le service désigne ici une fonction de gestion du 30 réseau RC. Par conséquent, un service peut, par exemple, être choisi parmi le pilotage de phase(s) de vie du réseau de communication RC, la supervision d'au moins un organe Ethernet Oj, Oj' pour déterminer un état de connexion au réseau de communication RC, le test d'au moins un protocole utilisé dans 3064866 8 une pile de protocoles du modèle TCP/IP, et la réalisation d'au moins un service fonctionnel générique (comme par exemple assurer une passerelle de message entre différentes technologies réseau). Le type d'un message caractérise un message dans un service. Par 5 exemple, on peut avoir une trame de réveil pour le service de pilotage des phases de vie du réseau de communication RC, ou une trame de configuration pour effectuer un test pour le service de testabilité de protocole(s). Egalement par exemple, le troisième champ C3 du protocole de la gestion peut comprendre un nombre d'octets compris entre trois et cinq. Par exemple ce nombre d'octets peut être égal à quatre (4). Ce nombre d'octets est fonction de la longueur maximale que peut présenter une trame de données de gestion tg (entête etg + message) générée par un dispositif de gestion DG. 15 On notera que le port de gestion dédié peut, par exemple, être à l'adresse 1120 (en décimal). On notera également que le dispositif de gestion DG peut être implanté au niveau du logiciel applicatif d'un organe Ethernet Oj. Par conséquent, il (DG) peut, par exemple, être réalisé sous la forme d'une 20 combinaison de modules logiciels (ou « software »). L'invention requiert l'utilisation d'une faible quantité de ressources de calcul (ou CPU) et d'une mémoire réduite. Par conséquent, les dispositifs de gestion peuvent être facilement implantés dans tous les organes (ou noeuds) Ethernet d'un réseau de communication Ethernet/IP, sans que cela les 25 pénalise. REVENDICATIONS1. Dispositif de gestion (DG) pour un organe Ethernet (Oj) destiné à être couplé à un réseau de communication (RC) de type Ethernet/IP, adapté à la transmission bidirectionnelle de trames de données entre des organes Ethernet (Oj, Oj') et structuré en couches d'un modèle TCP/IP (Transport Control Protocol / Internet Protocol), parmi lesquelles une couche de transport et une couche d'application placée au-dessus de ladite couche de transport et permettant à des services assurés par lesdits organes Ethernet (Oj, Oj') d'accéder audit réseau de communication (RC), caractérisé en ce qu'il utilise dans ladite couche d'application un protocole de gestion pour transmettre à ladite couche de transport dudit organe Ethernet (Oj) une trame de données dite de gestion et comprenant un message ayant été généré par un service assuré par ledit organe Ethernet (Oj) et destiné à au moins un autre organe Ethernet (0f), ayant un type et précédé par un entête comprenant des premier, deuxième et troisième champs identifiant respectivement ledit service, ledit type et une longueur de ladite trame de données de gestion, et pour transmettre à un service de la couche d'application dudit organe Ethernet (Oj) un message ayant été généré par un autre organe Ethernet (0f), ayant un type et précédé par un deuxième champ identifiant ce type. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il utilise dans ladite couche d'application ledit protocole de gestion pour transmettre à ladite couche de transport dudit organe Ethernet (Oj) une trame concatanée comportant au moins deux trames de données de gestion comprenant chacune un message ayant été généré par un service assuré par ledit organe Ethernet (Oj), destinées à au moins un même autre organe Ethernet (0f), placées l'une après l'autre, et encapsulées entre un entête UDP (User Datagram Protocol) d'un protocole UDP de ladite couche de transport et un champ de somme de contrôle d'une couche d'accès au réseau dudit modèle TCP/IP. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit premier champ du protocole de gestion comprend deux octets. 3064866 10 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit troisième champ du protocole de gestion comprend deux octets. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit troisième champ du protocole de gestion comprend un nombre d'octets 5 compris entre trois et cinq. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque service est choisi parmi un pilotage de phase(s) de vie dudit réseau de communication (RC), une supervision d'au moins un organe Ethernet (Oj, Oj') pour déterminer un état de connexion audit réseau de communication 10 (RC), un test d'au moins un protocole utilisé dans une pile de protocoles dudit modèle TCP/IP, et une réalisation d'au moins un service fonctionnel générique. 7. Organe Ethernet (Oj, Oj') destiné à être couplé à un réseau de communication (RC) de type Ethernet/IP, adapté à la transmission 15 bidirectionnelle de trames de données entre des organes Ethernet (Oj, Oj') et structuré en couches d'un modèle TCP/IP (Transport Control Protocol / Internet Protocol), caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de gestion (DG) selon l'une des revendications précédentes. 8. Réseau de communication (RC) de type Ethernet/IP et structuré en 20 couches d'un modèle TCP/IP (Transport Control Protocol / Internet Protocol), caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux organes Ethernet (Oj, Oj') selon la revendication 7 et propres à s'échanger des trames de données de façon bidirectionnelle. 9. Véhicule (V), caractérisé en ce qu'il comprend au moins un réseau 25 de communication (RC) selon la revendication 8. 10. Véhicule selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il est de type automobile.