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Commençons par une devinette: citer au moins un point commun au tunnel
sous la Manche, à une station d'essence et à une centrale électrique.
En fait, plusieurs réponses sont possibles: les trois types
d'installation sont informatisées, elles font appel à des réseaux de
communication mais surtout, pour cet article, elles mettent en oeuvre
une classe de protocoles particuliers appelés messageries
industrielles (MI). L'objet de cet article est de donner un aperçu de
ce que sont ces messageries, des changements intervenus récemment et
des questions qui se posent dans le domaine de la recherche.
Les messageries industrielles
Une messagerie industrielle est un protocole d'application qui permet
à des équipements industriels de communiquer les uns avec les autres.
Un protocole d'application offre à l'utilisateur des services
directement liés au problème qu'il veut résoudre. FTP (File Transfer
Protocol), Telnet, SNMP (Simple Network Management Protocol) sont des
exemples de protocoles d'application largement utilisés, en
particulier à l'EPFL. Les protocoles classiques comme FTP (transfert
de fichier), NFS (accès dynamique à des fichiers) sont très
spécialisés: ils offrent un nombre très restreint d'objets sur
lesquels ils portent, ici des fichiers, et de services pour accéder à
distance à ces objets. Ils offrent typiquement une dizaine de services
de ce type.
Une messagerie industrielle au contraire n'est pas spécialisée mais offre un large éventail à la fois d'objets et de services. La messagerie industrielle MMS (Manufacturing Message Specification), le standard ISO pour ce type de protocole, offre 80 services environ pour manipuler à distance une dizaine de classes d'objets. Parmi les objets les plus utilisés on trouve des variables, des programmes, et des sous ensembles des machines appelés domaines.
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Leur utilisation
Les messageries industrielles sont utilisées dans un grand nombre de
contextes et leur champ d'application s'étend de jour en jour. Nous
allons brièvement expliquer deux d'entre elles et terminer par une
petite énumération d'autres applications réalisées à ce jour.
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La messagerie MMS
MMS (Manufacturing Message Specification) est un protocole
d'application défini par l'ISO entre 1986 et 1990. Cinq ans ont été
nécessaires pour spécifier un des plus gros protocoles de
communication de l'ISO. Deux modèles fondamentaux sont à la base de
MMS. D'une part une abstraction appelée VMD (Virtual Manufacturing
Device) qui permet de définir un équipement de production virtuel: ce
n'est ni un automate, ni une commande numérique mais la VMD s'applique
aussi bien au premier qu'au second. La VMD est donc un modèle abstrait
d'un dispositif industriel.
D'autre part, les interactions entre programmes d'application sont vues comme des demandes de service d'un client à un serveur et des réponses du serveur au client. La grande majorité des services définis dans MMS suivent ce schéma de requête-réponse que l'on retrouve typiquement dans les systèmes de RPC (Remote Procedure Calls), comme par exemple NFS.
D'une manière simplifiée, MMS peut être vu comme un protocole de communication entre clients et serveurs, ces derniers contenant un certain nombre d'objets manipulables à distance par les services MMS.
Les variables MMS peuvent être simples (booléens, entiers, réels, chaînes de caractères...) ou structurées (vecteurs et records). On peut lire et écrire des variables et en particulier accéder à des éléments spécifiques tels que des champs d'un record ou des éléments d'un tableau. La complexité des structures de données n'est pas limitée par MMS: on trouve souvent dans des applications automobiles des tableaux contenant des structures contenant elles-mêmes des tableaux.
Les programmes ou tâches MMS peuvent être démarrés, interrompus, relancés, réinitialisés à distance. Ils peuvent représenter des programmes de fabrication, des opérations comme la fermeture d'une vanne ou toute opération qui peut être lancée, arrêtée et reprise.
Deux classes de sémaphores sont introduites, l'une permettant d'assurer l'exclusion mutuelle entre clients accédant un objet ou groupe d'objets, l'autre permettant la synchronisation de clients.
La partie la plus complexe de MMS concerne la gestion des événements. Dans sa version la plus évoluée, MMS permet à un client de définir un événement, de spécifier une action à exécuter dans le serveur lorsque l'événement se produit et de préciser le nom d'un client pas nécessairement lui à avertir lorsque l'événement se produit.
D'autres classes d'objets existent mais nous ne les décrirons pas ici. Il s'agit des journaux, permettant d'archiver des données et des événements et des stations opérateurs, offrant un sous-ensemble de la fonctionnalité offerte par Telnet.
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Ce qui a changé
Les messageries industrielles existent depuis une vingtaine d'années.
Initialement, elles étaient très rudimentaires, propres à un
constructeur et surtout propres à chaque équipement. On peut dire que
chaque équipement ou famille d'équipements avait sa propre langue, ce
qui pour les utilisateurs posait un sérieux problème de coût, car les
programmes informatiques qui les utilisaient étaient nécessairement
spécialisés pour un type de dispositif. Aujourd'hui, quatre
changements se produisent:
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La recherche
Alors que dans les réseaux classiques la recherche se concentre sur
les hauts débits (1 GigaBit/s et au dessus) ainsi que sur les
communications pour le multimedia, dans le domaine des communications
industrielles, la recherche porte sur les réseaux de capteurs et
d'actionneurs ainsi que sur le protocole MMS. Concernant ce dernier,
les questions auxquelles on essaye de trouver une réponse sont, entre
autres:
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Conclusion
Les applications informatiques industrielles font appel à une classe
particulière de protocoles d'application appelés messageries
industrielles. Ces protocoles se distinguent des protocoles classiques
par leur généralité qui leur permet de s'appliquer à un large éventail
de problèmes. Ces protocoles sont définis en termes d'objets et
d'opérations invocables sur ces objets. La messagerie MMS est le
protocole normalisé qui est LA référence dans ce domaine. Appliquée
initialement aux équipements tels que automates programmables et
commandes numériques, MMS est utilisée de plus en plus pour des
équipements plus petits, les capteurs intelligents étant visés. Les
problèmes majeurs auxquels s'attaque la recherche sont la
miniaturisation de MMS, la modélisation d'applications en termes de
MMS et la simplification de celle-ci.
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Pour en savoir plus
En français, le texte le plus détaillé sur MMS est le livre
Téléinformatique IV du Prof. Nussbaumer, Presses Polytechniques et
Universitaires Romandes.