Des réseaux à tout faire... ou presque

par Patrick Pleinevaux, DI-LIT

Table des matières

  1. Les messageries industrielles
  2. Leur utilisation
  3. La messagerie MMS
  4. Ce qui a changé
  5. La recherche
  6. Conclusion
  7. Pour en savoir plus

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.

Le tunnel sous la Manche

On peut voir le tunnel sous la Manche de différents points de vue: les travaux de génie civil avec les tunneliers de 300 mètres de long; l'installation électrique pour éclairer, alimenter les ventilateurs, etc.; enfin l'informatique et les réseaux utilisés pour commander et surveiller les équipements du tunnel. Car un tunnel moderne ce n'est pas simplement une route ou des rails, mais c'est aussi de l'informatique et des réseaux: pour le tunnel sous la Manche, 178 équipements de télémétrie, 467 automates programmables pour la commande de l'éclairage, de la signalisation, de la ventilation,etc. Tous ces appareils sont reliés par des réseaux à des postes de commande, deux de chaque côté de la Manche. En fait le Tunnel est un excellent exemple d'une application industrielle répartie (plus de 800 machines coopèrent, réparties sur une distance de 30 km), avec des contraintes de temps sévères (1,7 sec. entre la détection d'une alarme et son affichage sur écran) et des contraintes de disponibilité (quelques secondes d'indisponiblité acceptées par an). Les protocoles utilisés pour communiquer avec tous ces dispositifs doivent permettre la lecture à distance de variables, leur modification, le lancement de programmes et la signalisation d'événements et ceci en des temps courts et de manière fiable.

Une station essence

Jusqu'à une période récente, les stations essence échappaient à l'informatisation et à la mise en réseau. Dans les stations modernes, la pompe à essence est équipée d'un microordinateur et d'une interface réseau lui permettant de communiquer avec la caisse. La caisse est elle-même reliée à une machine UNIX, située dans un bureau, et à laquelle sont connectés d'autres équipements: le réservoir d'essence de la station, dont on peut connaître le niveau et la station de lavage (car wash). Toutes ces installations ou équipements sont vus comme des serveurs pouvant être commandés à distance, pouvant fournir des informations ou être téléchargés. La pompe à essence par exemple pourra être chargée avec les prix des différentes essences. En retour, elle fournira des statistiques sur le nombre de clients servis, le type d'essence le plus servi et le nombre de litres pompés.

Autres applications

Parmi les applications non conventionnelles, citons: la commande à distance de satellites, la communication entre centrales électriques, la commande de l'éclairage de pistes de l'aéroport de Copenhague, etc.

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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.
article paru dans le Flash informatique no 6 du 21 juin 1994