Support n°3 Transmission de Données Insaf Tnazefti Kerkeni IUT Calais Département Informatique Réseaux

Structure du cours Introduction Concepts de Base de Transmission Physique Caractéristiques des Signaux Techniques de transmission Types de transmission Erreurs de transmission Types de Supports de Transmission Multiplexage et concentration

Introduction Pour faire une communication, il faut avoir un moyen pour transmettre les données Évolution de moyen de systèmes de communication Age primitif : signaux de la fumée Pas trop loin : le télégraphe (Code de Morse) Téléphonie, Radio, Télévision, Moyen de transmission adapter à l’information à transmettre un système ouvert est un ordinateur, un terminal, un réseau, n’importe quel équipement respectant cette norme et donc apte à échanger des informations avec d’autres équipements hétérogènes et issus de constructeurs différents. Sert de schéma directeur auquel les constructeurs se réfèrent lors du développement de l’implémentation de protocoles. Organise les protocoles de communication en sept couches

Le problème : échange d’informations entre machines machine A machine B ? 1) relier les deux machines par un support de transmission Problèmes majeurs Codage / décodage de l’information : transformer la suite binaire en un signal Numériser l’information : transformation d’une donnée analogique en un signal numérique Adapter les signaux au support physique de transmission machine A machine B traite des bits véhicule des signaux (électromagnétique ou optique) Le but de la transmission de données est d’acheminer des données (de signes ou de caractères) d’un système source à un système destination. On peut prendre l’exemple d’une station de travail, qui, à l’aide d’un modem (modulateur/démodulateur) et d’une ligne téléphonique, envoie des données à un serveur. Le modem joue le rôle d’adaptateur entre le système source et le système de transmission. Dans la plupart des réseaux téléinformatique, les informations sont de nature numérique mais leur transmission sur le support physique d’interconnexion (la ligne) peut être réalisée, suivant les besoins et les caractéristiques du support, sous forme analogique (RTC : Réseau Numérique à Intégration de Services). Dans les deux cas, une adaptation à la ligne est nécessaire. Pour une transmission analogique, cette adaptation consiste en une conversion numérique-analogique par modulation. Le codage est l’opération qui fait correspondre à chaque caractère ou groupe de bits une valeur numérique déterminée exprimée le plus souvent en décimal ou en hexadécimal (code ASCII, EBCDIC, Télex…). Les éléments binaires composant un caractère codé sont généralement transmis les uns à la suite des autres, sur un fil, ce qui correspond à une transmission série. Les n bits d’un message sont ainsi transmis séquentiellement au rythme d’une horloge de période T, la durée de transmission des bits étant égal à nT. La vitesse de transmission, ou débit, correspond au nombre de bits transmis par unité de temps. Les débits sont exprimés en bit/s.

L’objectif Optimiser la qualité du service offert (transmettre des données) en fonction des contraintes posées par l’environnement Obtenir un débit binaire aussi élevé que possible Quantité d’information transmise par unité de temps (bit/sec) Assurer un taux d’erreur convenable Taux d’erreurs : probabilité p qu’un bit soit en erreur après transmission i.e proba (1 devienne 0) ou proba (0 devient 1) Paire téléphonique : 10-5 (1 bit sur 105 bits transportés est erroné, i.e est pris pour un 0 alors que c’est un 1, ou l’inverse) Fibre optique : 10-10 à 10-11 Prendre en compte les facteurs économiques sous-jacents Coût des composants

Transmission de données Les données sont transmises en série sur un support sous forme d'un signal données analogique (voix, acoustique, audio, vidéo) numérique (texte, entier) support de transmission support guidé (fil téléphonique, câble coaxial, fibre optique) support non guidé (faisceaux hertziens, infrarouge) signal fonction du temps et de la fréquence la transmission : communication de données par propagation et traitement de signaux. elle est basée sur le principe de la propagation des ondes, sur un support guidé ou non guidé : Transmission basée sur le principe de la propagation des ondes électromagnétiques. Transmission par modification des ondes, sur un support guidé ou non guidé. paires torsadées, câble, fibres optiques : supports guidés faisceaux hertziens, satellites (air, vide, mer) : supports non guidés 1 câble, 1 PT (2 fils entrelacés en spirale qui agit comme un lien de comm. unique), 1 fibre = 1 support de transmission guidé, indispensable pour la transmission numérique (on ne fait pas du numérique sur du non guidé), possible pour l’analogique. support non guidé, transmission analogique seulement. données analogiques : prend des valeurs continues données numériques : prend des valeurs discrètes le signal est le codage électrique ou électromagnétique (ou lumineux??) des données. Signal: phénomène physique (onde électromagnétique, acoustique, électrique) dont une ou plusieurs caractéristiques (tension électrique, champ électrique, …) peuvent varier pour représenter des informations. Phénomène vibratoire = sinusoïde y(t) = A sin (2πft + ). Un signal a une énergie, qui se répartit sur l'axe des fréquences. Num Ana guidé non gui. oui non

x(t) / lim (x(t)) = x(a)  a t -> a Types de données Numérique (discret) : nombre fini de valeurs se propage sur un support sous forme d'une séquence d'impulsions discrètes électriques espace de temps discret espace de valeurs discrètes exemple : signal binaire (0, 1) Analogique (continu) : nombre infini de valeurs se propage sur un support sous forme d'une onde (électromagnétique, électrique, optique) espace de temps continu espace de valeurs continues exemple : voix temps x(t) signal continu : pas de coupure ou de discontinuité dans le signal temps x(t) x(t) / lim (x(t)) = x(a)  a t -> a

Caractéristiques des signaux Signal x(t) : fonction du temps (ii) Périodique s’exprime par une sinusoïdale x(t) = A sin(2πft + ) caractérisée par l'amplitude A : valeur instantanée du signal (volt) la fréquence f : inverse de la période, nombre de répétitions de la période par seconde (Herz) la phase : position relative dans le temps à l’intérieur d’une période (radian ou degré) x(t) temps x(t) T 1/f A1 A0 A1 temps A0 T T 1/f 1/f

spectre d’un signal périodique Caractéristiques des signaux Signal x(f) : fonction de la fréquence Spectre d'un signal définit la répartition de la puissance d'un signal en fonction de la fréquence Largeur de bande (largeur de spectre) : caractéristique d’un signal plage des fréquences utilisées par un signal [-f, +f] où +f (resp. -f) représente la fréquence la plus haute (resp. la fréquence la plus basse) définie par le spectre du signal spectre infini => on ne garde que les fréquences pour lesquelles la puissance est significative f X(f) f -1 T -2 1 2 spectre d’un signal périodique (discret, à raies) spectre d’un signal non périodique (continu)

Modes de transmission L’information est transmise Sans Modulation : Le signal est transmis tel qu’il est. On dit que la transmission est en bande de base Avec Modulation : c’est le phénomène d’associer le signal à une fréquence porteuse f en l’envoyant sous une forme équivalente à x(t) Modulation d’amplitude : L’information est contenu dans l’amplitude du signal Modulation de phase : L’information est contenu dans la phase du signal Modem : c’est le dispositif qui permet de faire la modulation (en émission) et la démodulation (en réception) d’un signal

Caractéristiques d’un support La Bande passante : La quantité d’information par unité de temps que peut transporter le support (en Hz) intervalle des fréquences [fmin , fmax] exprimée en hertz que laisse passer le support sans déformation Ex : ligne téléphonique de bande passante [300, 3400] Hz La largeur de la bande passante d'un support : différence entre la plus haute fréquence et la plus basse fréquence que laisse passer le support (W = fmax - fmin) Ex : ligne téléphonique de largeur de bande passante W = 3100 Hz en particulier, si BP = [0, fmax] alors W = fmax Assimilation fréquente entre les deux paramètres Ex : ligne téléphonique de bande passante de 3100 Hz spectre : intervalle des fréquences aue le signal contient Conséquences: - qté d'info. (+ largeur de bande importante, + richesse d'info. importante) - adaptation au support (Le support devra être capable de prendre en compte l'encombrement fréquentiel du signal). LARGEUR DE BANDE = CARACTERISTIQUE D'UN SIGNAL Tout support de transmission est caractérisé par sa bande passante: Bande passante d'un support: détermine la répartition de l'énergie transportable. C'est la gamme des fréquences [fmin, fmax] exprimée en hertz qui peut passer sur le support sans déformation. BANDE PASSANTE = CARACTERISTIQUE D'UN SUPPORT Largeur de bande : bande passante minimale que le système doit posséder pour restituer correctement l’information

Transmission d’un signal sur un support Condition nécessaire à la transmission d’un signal sur un support : la largeur de bande du signal doit être comprise dans la bande passante du support Si les deux intervalles ne coïncident pas, il faut transformer le signal de manière à ce qu’un maximum de sa puissance se trouve à l’intérieur de la bande passante du support f Largeur de Bande Bande Passante Transformation

Caractéristiques des Signaux et supports Physiques (i) Débit Binaire D C’est la quantité de bits (information codée en bit) émis par unité de temps (la seconde). nombre de bits émis par seconde D= 1/t bit/s t = durée d’un élément binaire = intervalle de temps pour la transmission d’un bit Ce débit correspond bien à l’émission qu’à la réception C’est une caractéristique des équipements réseaux pour les émetteurs et les récepteurs On dit qu’un ordinateur a une carte réseau qui fonctionne à 10Mbit/s Un modem fonctionne à 56Kbit/s c’est à dire il peut envoyer (et recevoir) une taille de données au maximum égal à 56 Kilo bits par seconde On Distingue : Le débit d’émission : c’est le débit d’une station source Le débit de réception : c’est le débit de la station puit (en Anglais Sink) Le débit nominal : c’est le débit de la voie physique

Caractéristiques des Signaux et supports Physiques(ii) Rapidité de modulation R nombre d'états du signal en une seconde (nombre de tops d’horloge par seconde) rapidité à laquelle le signal change d’état Unité : 1 baud = 1 changement d ’état en 1 seconde R = 1/∆ bauds ∆ = durée d’un état du signal = intervalle pour coder un état du signal ∆ Rapidité de modulation (vitesse de signalisation): cadence à laquelle un ETCD peut transmettre des signaux modulés vers un autre ETCD. Rapidité avec laquelle l'ETCD génère les signaux analogiques. Par seconde, nombre d'intervalles de modulation (durée d'un état de la modulation). Si ∆ est l'intervalle de modulation (intervalle de temps pendant lequel les caractéristiques du signal à transmettre ne sont pas modifiées (le signal ne varie pas sur cet intervalle)), alors R = 1 / ∆ bauds Si dans un intervalle de modulation, on code un bit, alors rapidité de modulation = débit binaire (exemple: modulation de fréquence). Si dans un intervalle de modulation, on code q bits, alors débit binaire = q x rapidité de mod. D = q.R b/s (par exemple, modulation de phase avec 2 bits par états de phase,  = 0 pour 00,  = /2 pour 01,  =  pour 11,  = 3  /2 pour 10) Valence d'une modulation: grandeur V = 2q qui correspond au nombre d'états significatifs d'un signal modulé, c-à-d la quantité d'info. que le signal transporte. q est le nombre de bits codés par un état du signal. Relation Débit binaire - Rapidité de modulation Le nombre d'éléments binaires transmis à chaque intervalle de modulation est q = log2V. D = q.R b/s D = log2V / ∆ b/s D = (log2V) x R b/s On voit ainsi que pour augmenter le débit, on peut augmenter R ou q. Malheureusement, • la bande passante introduit une limitation sur R (augmenter R peut rendre le signal méconnaissable), • le bruit introduit une limitation sur q (augmenter q augmente le taux d'erreurs car cela rapproche les niveaux). Il y a donc un compromis à faire entre vitesse de transmission et qualité de transmission. Finalement D dépend du support et du codage.

Caractéristiques des Signaux et supports Physiques(iii) Dans un état du signal, on peut coder q bits d’où la relation entre D et R D = q * R si q = 1 bit, alors D = R Si on code q bits dans un état, alors il faut 2q états distincts du signal Valence V : nombre d'états significatifs du signal V = 2q Nombre de bits codés dans un état : q = log2 (V) D’où D = log2 (V) * R t 1 +a +b -a -b ∆ V = 4 q = 2 ∆ = 2 * t

Limitation d’une transmission (i) Affaiblissement Un signal transporté sur un canal est soumis à un affaiblissement Par exemple La voix porte sur une certaine distance Un phare éclaire une distance maximal donnée De même un signal électrique qui se propage dans un conducteur est atténué en fonction de la distance Ce phénomène est naturel et l’atténuation est due à une résistance qui affaiblit le signal L’affaiblissement dépend La nature du support de transmission La distance parcouru par le signal La fréquence du signal Affaiblissement du signal transmis Quantité d’information par unité de temps

Limitation d’une transmission (ii) Bruit Un signal sur un canal est soumis à des perturbations Le bruit provient des perturbations (électromagnétiques) impulsives dues aux parasites. Ces parasites sont d’origine variée Diaphonie entre des lignes téléphoniques voisines Bruit Blanc pour les émissions radios : c’est un signal qui perturbe toute les fréquences porteuses des différents signaux due aux perturbation électromagnétiques

Limitation d’une transmission (iii) Objectif : avoir un débit maximum D’après les mesures précédentes, D est d’autant plus grand que R et q sont élevés (D=q*R) Mais 1) R et q ont des limites si R est trop grand, le signal risque d’être méconnaissable si q est trop grand, le récepteur aura du mal à retrouver les valeurs binaires contenues dans un état du signal Pour un support sans bruit de fréquence maximale fmax, le débit est limité par la fréquence maximale et la valence : Dmax = 2 fmax log2V bit/sec (Théorème de Nyquist) fmax représente la fréquence maximale de la bande passante 2) la transmission a des imperfections

Limitation d’une transmission (iv) Résumé Imperfections de la transmission phénomène d'atténuation : la puissance du signal s’affaiblit au fur et à mesure qu'il se propage sur le support distorsion de phase : les fréquences ne parviennent pas en même temps sur le récepteur (le temps de propagation n’est pas constant: plus rapide pour les fréquences au centre de la BP que pour celles qui sont au bord) bruits : lors de sa propagation sur le support, le signal est perturbé par des signaux parasites thermique : phénomène thermique à l’intérieur des conducteurs (bruit blanc) diaphonique : couplage parasite avec les supports voisins (Ex : téléphone) impulsif : interférence due à des perturbations électromagnétiques de certains équipements (commutateurs) Le signale se dégrade relativement à la distance (c'est l'atténuation). D'autre part, des phénomènes parasites (bruit) peuvent le perturber. Rapport signal sur bruit: mesure la perturbation d'un signal par des bruits. C'est le rapport entre la puissance du signal émis (Pe) et la puissance du bruit de la ligne (Pb). Noté parfois S/B. Il est parfois exprimé en décibels. On a alors la correspondance: 10 log10(Pe/Pb) < n dB Le décibel mesure la différence entre 2 niveaux de puissance. IL DOIT ETRE LE PLUS HAUT POSSIBLE……… Si Pe/Pb = 2, alors la puissance du signal est 2 fois plus forte que celle du bruit. C'est bien. Si pe/pb = 10, elle est 10 fois plus forte que celle du bruit…… c'est mieux!!! La capacité théorique d'un canal de transmission est définie par le débit d'information (théorème de Shannon) Débit binaire: cadence à laquelle un ETTD émet des éléments binaires (signaux numériques) vers l'ETCD. Si T est la durée d'un élément binaire (temps mis pour émettre un bit), alors D = 1 / T b/s D = W log2(1 + Pe/Pb) b/s La largeur de bande (du signal) doit être inclue dans la bande passante. Donc adaptation du signal au support (rôle de l'ETCD). Optimisation de l'utilisation de la bande passante: partage en sous-bande (rôle des multiplexeurs) loga(x) = Log x / Log a, loga(ab) = b, log10(x)=a <=> x =10a n = 30 => Pe/Pb = 1000 => D = (3400 - 300)log2(1 + 1000) ( ~ 3000 log2(1024)) D ~ 30 000 b/s (débit théorique maximal, dans la pratique, < (9600))

Limitation d’une transmission (v) Mesure du bruit : le rapport signal/bruit rapport de la puissance du signal divisé par la puissance du bruit Ex : Ps/Pb = 10 => le signal est dix fois plus puissant que le bruit Souvent exprimé en décibel (dB) : S/B=10 log10(Ps/Pb ) Débit théorique d'un support avec bruit (formule de Shannon) D = W log2 (1 + Ps/Pb ) bit/s (W en Hz) W représente la largeur de la bande passante Exemple : circuit téléphonique à 30 dB la bande passante est [300, 3400] Hertz Quel est le débit théorique du circuit ? comme S/B = 30, il faut retrouver la valeur de Ps/Pb à partir de S/B=10 log10(Ps/Pb) => Ps/Pb=10(S/B)/10 appliquer la formule de Shannon

Résumé (i) Les données sont transmises en série sur un support sous forme d'un signal il y a des données analogiques et des données numériques il y a des signaux analogiques et des signaux numériques il y a des supports guidés et des supports non guidés Un signal est caractérisé par sa largeur de bande Un support est caractérisé par sa bande passante (et la largeur de sa bande passante) Pour transmettre un signal sur un support, la largeur de bande du signal doit être comprise dans la bande passante du support

Dmax = 2 fmax log2V bit/sec Dmax = W log2 (1 + Ps/Pb ) bit/s Résumé (ii) Le débit binaire D est le nombre de bits transmis en une seconde (bit/sec) La rapidité de modulation R est le nombre d’états du signal en une seconde (baud) La valence V est le nombre d’états du signal. Dans un état du signal, on peut coder q bits donc : V = 2q D = q * R et D = log2 (V) * R Pour un support sans bruit de bande passante W, le débit est limité par la bande passante et la valence (Théorème de Nyquist) : Dmax = 2 fmax log2V bit/sec fmax est la fréquence max. de la bande passante en Hertz Pour un support avec bruit, le débit est limité par la bande passante et le rapport signal/bruit (formule de Shannon) : Dmax = W log2 (1 + Ps/Pb ) bit/s W est la largeur de la bande passante en Hertz

Système de transmission (i) ETCD circuit de données jonction (interface) CPU CTL de Comm. liaison de données ETTD support de transmission ETTD : Equipement Terminal de Traitement de Données effectue les traitements sur les données et la supervision de la transmission permet la communication entre les processus de traitement, les systèmes de stockage, et un équipement terminal de circuits de données En Général, c’est un ordinateur, un automate programmable, une station de travail On appelle en général ETTD : Station, Site, Machine, Hôte, Noeud ETCD : Equipement de Terminaison du Circuit de Données adapte le signal électrique délivré par l’ETTD aux caractéristiques du support codage / décodage bande de base (codeur bande de base) modulation / démodulation (modem) On appelle en général un ETCD : modem (modulateur-démodulateur), transceiver (Transmitter-Receiver) ETCD : modem ou codeur BdB. Elément final du circuit de données. Adapte le signal au support. Connecté à la ligne. MUX et concentrateur : ETTD. MUX — ETCD — ligne — ETCD— MUX

Modem (MODulateur-DEModulateur) Type particulier d'ETCD Rôle : adapter l’élément binaire provenant de l'ETTD au support par une modulation qui transforme une donnée numérique en un signal analogique Classification selon les avis de l ’UIT-T exploitation du circuit en half duplex ou full duplex mode de transmission synchrone ou asynchrone débit support de transmission principe de modulation procédures de correction d'erreur et de compression de données Modem bande de base : coder des données numériques en un signal numérique Codec : coder des données analogiques en signaux numériques

Système de transmission (ii) Jonction C’est l’interface entre un ETTD et ETCD Spécification de la connexion (signaux nécessaires aux échanges et synchronisation entre deux appareils) aspect mécanique : description du connecteur (prise) : nombre de broches, … aspect électrique : tension, impédance, … aspect fonctionnel : classification des fils (1 broche = 1 fil = 1 circuit de jonction) aspect procédural : définition des procédures d’utilisation des circuits Circuit de données : 2 ETCD + 1 support ensemble des moyens permettant le transport d’un signal notion physique rôle : assurer la mise en forme des données numériques pour la transmission sur le support par codage (codeur BdB) par modulation (modem) couche physique : circuit de données. Un circuit peut être simplex (simplex), semi-duplex (half-duplex) ou duplex (full-duplex) selon qu’il fonctionne dans un seul sens, dans les deux sens à l’alternat ou dans les deux sens simultanément. Half-duplex : 2 fils (1 pour la transmission et 1 pour le potentiel de réf.). Le support (canal) est commun au 2 sens de transmission, des procédures particulières permettent d’inverser le sens de transmission. Full-duplex : 4 fils (1 pour la transmission dans un sens + 1 pour le potentiel de réf. + 1 pour la transmission dans l’autre sens + 1 pour le potentiel de réf.). 2 fils suffisent si le support a une BP suffisamment large pour être découpée en deux sous-bandes, une pour chaque sens de transmission. A chaque sens de transmission correspond un canal (un support) de transmission. Si on a un seul canal (un seul support) commun aux 2 sens de transmission, alors il est découpé en 2 sous-canaux (2 bandes de fréquences spécifiques), 1 pour chaque sens. Le découpage ne peut se faire qu’en transmission analogique, car en numérique, le signale occupe toute la BP (pas de découpage).

Etablissement du circuit de données Diffère selon que les stations sont automatiques ou manuelles une station manuelle appelle une station manuelle liaison établie comme une liaison téléphonique normale un opérateur réalise la connexion des modems à la ligne Une station manuelle appelle une station automatique côté appelant : utilisation du téléphone, et sur réception d'une tonalité, connexion du modem à la ligne côté appelé : la connexion se fait automatiquement sur réception du signal de demande d'appel Une station automatique appelle une station manuelle côté appelant : utilisation des circuits de la série 200 côté appelé : un opérateur réalise la connexion à la ligne Une station automatique appelle une station auto. la connexion des modems côté appelant et appelé est déclenchée automatiquement sur réception des signaux

Types de circuits de données sur un circuit de données, la transmission peut être : simplex dans un seul et même sens (rue à sens unique) Exemple: radio/télévision half-duplex dans les deux sens alternativement (rue à une voie à circulation alternée) Exemple: voie ferrée full-duplex dans les deux sens simultanément (rue à deux voies, une pour chaque sens de circulation) Exemple: téléphone Destinataire Emetteur Emetteur Destinataire instant t instant t’ Emetteur Destinataire

Système de transmission (iv) Liaison de données : un circuit + 2 ETTD ensemble des moyens permettant l’échange fiable de donnés entre 2 ETTD (traitement de données et supervision de la transmission) notion logique Types de liaisons Liaison Physique point-à-point : c’est un circuit de données direct entre deux stations Liaison Physique multi-points : c’est un circuit de données direct permettant à plusieurs ETCDs de recevoir les données émise pas un ETCD

Techniques de transmission Technique et équipement la réalisant Données Signal transmis codage codeur BdB numérique numérique modem analogique modulation analogique Comment envoyer les suites binaires de l’émetteur vers le recepteur analogique - analogique : transmission facile et pas chère. numérique - analogique : fibre obtique ou support unguided ne transportent que de l'analogique analogique - numérique : utilisation de transmission digitale moderne numérique - numérique : pas complexe et économique transmission analogique : la plus ancienne. Le signal est atténué donc on utilise des amplificateurs, qui reçoivent le signal et le retransmet à sa puissance originale. Mais si des bruits ont altére le signal, ils seront eux aussi amplifiés. La qualité se dégrade avec la distance. C'est néanmoins le procédé le meilleure sur grande distance. En transmission analogique, pas concerné par le contenu du signal : il y a amplification, sans regarder le contenu. On peut avoir plusieurs signaux sur le support, la BP étant divisée en canaux (selon la fréquence) et chaque canal étant attribué à un signal : c'est le multiplexage fréquentiel. Pour support guidé ou non guidé. transmission numérique : sur courte distance. Le signal est une séquence d'impulsions discrètes électriques (transition de tensions ou d'impulsions lumineuses). Il y a aussi atténuation, c'est pourquoi on utilise des répéteurs, qui reçoivent le signal et le retransmettent avec leur forme et la puissance initiales. Ils résolvent le problème du bruit. En transmission numérique, concerné par le contenu du signal : le répéteur reconnait si c'est un 0 ou un 1 et retransmet un nouveau signal. Le signal occupe toute la BP disponible sur le canal. Les signaux ne pouvant être superposés sur le support, pour combiner plusieurs signaux, on fera du multiplexage temporel. SUPPORT GUIDE OBLIGATOIRE (pas de TN sur du non-guidé). numérique codec numérisation

Transmission analogique et transmission numérique la plus ancienne (téléphonique) sur support guidé et non guidé la bande passante peut être découpée en sous-bandes sur chaque sous-bande passe un signal transparent au contenu du signal amplificateurs (inconvénient : amplifie également les bruits !) Numérique (bande de base) sur support guidé uniquement le signal occupe toute la bande passante (pas de division en sous-bandes de fréquence) concernée par le contenu du signal répéteurs qui refabriquent le signal (plus fiable, i.e moins d’erreurs) courte distance (< 30 km) moins chère aujourd’hui

Transmission en bande de base Transmission d'un signal de données dans sa bande de fréquence d'origine Lorsque la longueur de la liaison ne dépasse pas quelques centaines de mètres, les informations peuvent être transmises sur le support de liaison sans transformation du signal numérique en signal analogique Le signal binaire n’est généralement pas transmis directement sur la ligne et différents codages numériques sont utilisés

Codage bande de base transformation d’une donnée numérique en un signal numérique Pourquoi coder ? pour adapter le signal au support : décaler le spectre vers les hautes fréquences les supports de transmission coupent brutalement les fréquences autour de la fréquence nulle la valeur moyenne d’une suite binaire est 1/2 alors qu’il est préférable d’avoir des signaux à valeur moyenne nulle pour résoudre les problèmes d’horloge à la réception difficile pour le récepteur de distinguer entre éléments binaires consécutifs identiques (0000 ou 111111) Comment coder ? signal numérique : séquence d'impulsions de volts (discontinu) chaque impulsion : état du signal on code chaque bit dans les états du signal durée d'un bit (longueur bit) : temps pris par l'émetteur pour coder un bit. Si le débit est D, alors le temps bit = 1/D Transmission numérique : ici, numérique -numérique Problème de NRZ : pas de repère de synchronisation. Le récepteur a donc des problèmes d'interprétation, et risque de se planter. Manchester : il y a une transition au milieu d'un bit-time. Cela permet la synchronisation (le récepteur peut se synchroniser sur cette transition). Un ou exclusif est réalisé entre l'horloge et les données. Donc l'horloge est partie intégrante du signal. La transition sert de mécanisme d'horloge et aussi de donnée. Le récepteur peut reconstituer les données et l'horloge à partir du signal reçu Utilisé dans IEEE 802.3 (Ethernet). Machester différentiel : utilisé dans Token Ring (IEEE 802.5). La transition ne sert que pour fournir l'horloge. Les bits sont codés par la présence ou non de transition en début d'intervalle. S'il y a un 0, alors il y a transition en début de bit time, s'il y a un 1, absence de transition en début de bit time. avantage : Signal sans polarité, donc interprété correctement même si on inverse les 2 fils d'une paire.

Exemples de codes Code NRZ simple mais mal adapté le spectre reste autour des fréquences basses problème d’horloge non résolu si ai = 0  le signal = -a si ai = 1  le signal = +a

Exemples de codes Code NRZI si ai = 0  pas de transition si ai = 1  transition

Exemples de codes Code Biphase ou Manchester bien adapté (Ethernet) décalage du spectre et transition si ai = 1  une transition de +a à –a (un front descendant) si ai = 0  une transition de -a à +a (un front montant)

Exemples de codes Code Manchester différentiel bien adapté à Token ring Transition systématique au milieu du bit si ai=1  pas de transition en début de bit si ai=0  transition en début de bit codage par rapport à la valeur précédente et non absolu

Exemples de codes Code MLT3 bien adapté à Fast Ethernet (100BaseTX, 100BaseT4), ATM Seuls les 1 font changer le signal d’état Les 0 sont codés en conservant la valeur précédemment transmise Les 1 sont codés successivement sur 3 états : +V, 0, –V.

Exemples de codes Code nB/mB Codage par bloc Utilisation d'une table de transcodage pour coder un groupe de n bits en m bits, avec n < m. Ce codage ne définit pas la mise en ligne des bits. Un codage de type NRZI ou MLT3 est généralement utilisé pour cela.

Exercices d’application Soit la suite de bits 11010100. Représentez le signal numérique transmis en appliquant les codages Manchester et Manchester Différentiel. Exercice 2: Soit la suite de bits 00011010. Représentez le signal numérique transmis en appliquant les codages NRZ et NRZI.

Transmission modulée (Modulation) transformation d’une donnée numérique en un signal analogique Premier procédé utilisé pour la transmission Modulation-Démodulation On Caractérise une Onde par une fréquence f, une amplitude A et un déphasage Ф La modulation : c’est l’opération qui, à l’émission, consiste à modifier (moduler) une onde porteuse en fonction des signaux numériques à transmettre La démodulation : c’est l’opération symétrique qui, à la réception, permet de retrouver le signal numérique dans l’onde reçue On considère une onde porteuse x(t) = A sin(f.t+ Ф) et les données à transmettre sont représenté par S(t) Modulation de d’amplitude : le signal à transmette est x(t)= S(t).sin(f.t+ Ф) Modulation de de phase : le signal à transmette est x(t)= A.sin(f.t+ S(t) ) Pour la radio : Modulation d’un signal S(t) continue (analogique)

Types de modulation (i) transformation d’une donnée numérique en un signal analogique Modulation d'amplitude ASK (Amplitude Shift Key) : le signal modulant intervient dans A Exemple A = a pour ai = 1 A = b pour ai = 0 Modulation de phase PSK (Phase Shift Key) : le signal modulant intervient dans . C'est la plus employée  = 0 pour ai = 1  =  pour ai = 0 b a 1 1

Types de modulation (ii) transformation d’une donnée numérique en un signal analogique Exemple : 1T → 3bits Diagramme spatial 011 110 101 100 000 001 010 111

Types de modulation (iii) transformation d’une donnée numérique en un signal analogique Modulation de fréquence FSK (Frequence Shift Key) : le signal modulant intervient dans f. Exemple f=1 pour ai = 1 f=2 pour ai = 0 On peut effectuer des modulations combinées de phase et d'amplitude 1

donnée analogique (voix) Numérisation transformation d’une donnée analogique en un signal numérique Technique qui vise a numériser des données qui sont de nature analogique afin de permettre leur traitement par des équipements numériques. Exemple d’utilisation : numérisation de la parole dans le Réseau Téléphonique Commuté (RTC) En Europe : MIC (Modulation par Impulsion et Codage) Aux USA et Japon : PCM (Pulse Code Modulation) 3 étapes échantillonnage quantification codage signal numérique donnée analogique (voix) codec En 1 seconde, on prélève 8000 échantillons. on a 256 valeurs étalons (PCM, 128). Donc il faut 8 bits (7 bits PCM) pour coder les 256 valeurs récupérées en 1 seconde. On a donc un débit de 8000*8 bits/s = 64Kbit/s (56Kbits/s PCM)

Etapes de la numérisation transformation d’une donnée analogique en un signal numérique Echantillonnage : prélèvement d'échantillons à intervalles réguliers du signal analogique à numériser transformation d'un signal continu en un signal discret : suite {ai} de réels quelconques Théorème de Shannon : la fréquence d'échantillonnage doit être au moins égale à 2 fois la fréquence maximale du signal (fe ≥ 2*fmax) Ex : voix [300, 3400] Hz, fe fixée à 8000Hz, 1 échantillon/125s Quantification : représenter un échantillon par une valeur numérique appartenant à une échelle de quantification suite {ai'} de valeurs appartenant à un ensemble de cardinal fini Ex : 256 valeurs étalons pour la numérisation de la parole Codage : nb de bits pour coder un échantillon Ex : 1 échantillon est codé sur 8 bits (256 = 28) => le débit = fe * n (avec n : nb de bits d’un échantillon) 8000 * 8 bits = 64 kbits/sec

Types de transmission Transmission parallèle: Les bits d’un même caractère sont envoyés sur des fils distincts Transmission série: les bits sont envoyés les uns derrière les autres Transmission synchrone Transmission asynchrone

La synchronisation (i) La transmission de données se définit par rapport au facteur temps se réfère à un signal d’horloge Les données sont transmises en série par bit le récepteur doit identifier les bits les uns des autres => une synchronisation bit (horloge bit) Les bits sont groupés en blocs (trame) le récepteur doit identifier les blocs les uns des autres => une synchronisation trame (horloge trame) Les horloges (bit et trame) de l’émetteur et du récepteur doivent se synchroniser Synchronisation : mise en phase de deux équipements qui se calent sur le même rythme d'horloge Les info. sont transmises sous forme série => il y a une conversion parallèle/série cadencée par un signal d'horloge de référence. En émission, les données et l'horloge sont générées par l'émetteur. En réception, l'horloge de synchronisation peut provenir de l'émetteur si celui-ci la transmet sur la ligne ou être interne au récepteur. La transmission asynchrone (arythmique, start-stop) est le mode de transmission de données asynchrones dans lequel l'instant d'émission de chaque caractère est fixé arbitrairement (cas 2). Il est nécessaire d'ajouter des éléments permettant de repérer le début (start) et la fin (stop) du caractère. La réception du start déclenche côté réception déclenche l'horloge réceptrice qui va alors faire un échantillonage jusqu'à réception du stop qui entraîne l'arrêt de l'horloge (synchro. au niveau bit, asynchro au niveau caractère). Les deux horloges sont indépendantes mais doivent avoir la même fréquence. ASCII : 7 bits + 1 bit de parité, EBCDIC : 8 bits. La transmission synchrone est le mode de transmission de données synchrones dans lequel le rythme d'émission est calé sur celui d'une horloge (1er cas). L'émetteur transmet le signal d'horloge en permanence (synchro. bit transmise en permanence), y compris pendant les silences => l'émetteur et le récepteur sont synchronisés sur la même horloge de référence. Le signal d'horloge étant périodique de période T, la fréquence du signal d'horloge appelée aussi fréquence bit correspond au nombre de bits émis par seconde, soit 1/T. Les horloges sont asservies en permanence. La synchronisation des horloges permet de reconnaître correctement les éléments binaires (niveau 1). Pour reconnaître les caractères, il faut aussi une synchro. trames (niveau 2). Contrairement à la transmission asynchrone, en transmission synchrone, la synchro. au niveau bit et la synchro au niveau trame sont indépendantes, et correspondent à 2 niveaux distincts de l'OSI..

La synchronisation (ii) Horloge d’émission Horloge réception Synchronisation

Transmission synchrone Les données sont transmises sous forme de chaînes binaires (trames) indépendantes d’un alphabet Le récepteur cale la fréquence de son horloge bit sur celle de l’horloge bit émetteur le signal d’horloge est transmis avec le signal de données par l'émetteur sur une ligne séparée des données => cher par superposition au signal de données => consomme une partie de la puissance émise le récepteur construit son horloge bit à partir des instants de transition du signal de données (fonction du codage ou de la modulation) Synchro. bit et synchro. trame distinctes les délimiteurs de trame ne jouent aucun rôle dans la synchro. bit Espace inter-trame = multiple d’un temps bit

Transmission asynchrone (i) Définition 1 Une transmission est dite asynchrone quand la suite de n bits à transmettre est décomposée en blocs transmis séparément les uns aux autres Chaque bit de chaque bloc est alors transmis au rythme 1/D avec D: le débit binaire Mais les blocs ne sont pas soumis à cette règle La transmission est dite asynchrone car les blocs sont transmis à des instants indépendants du rythme de l’horloge Mais La transmission des bits d’un bloc est synchrone (au rythme 1/D ) Définition 2 On dit aussi que la transmission est asynchrone quand l’horloge du récepteur n’est synchronisée sur celle de l’émetteur qu’en début de transmission. Le récepteur connaît le début et la fin de chaque bloc (doit le connaître) par le signal START qui précède l’envoi du bloc et le signal STOP qui signal la fin.

Transmission asynchrone (ii) (arythmique, start-stop, par caractère) Les données sont envoyées sous forme de caractères d’un alphabet (ASCII, EBCDIC, …) Principe : un rythme d’horloge unique pour l’émetteur et le récepteur, fixée par la vitesse de transmission l’horloge interne du récepteur est inactive déclenchement sur réception d’un bit start réception du bit stop : arrêt jusqu’à réception du prochain start Synchro. bit dérivée de synchro. trame espacement fixe entre bits Sta Sto nb constant de bits Sta Sto nb constant de bits Sta Sto nb constant de bits espacement aléatoire entre blocs (= trame = caractère)

synchrone / asynchrone longueur de blocs courte (une dizaine de bits max) sinon dérivation de l’horloge récepteur et non-reconnaissance des bits utilisation pour faibles débits (≤ 9600 bits/sec) à cause de l’overhead important (ajout de 2 à 3 bits par caractère) qui fait perdre du débit => raccordement de terminaux pas de transparence au code (alphabet) pas d’indépendance entre synchro. bit et synchro. trame peu chère Synchrone asservissement des horloges temps fixe entre deux trames (multiple du temps bit) peu d’overhead plus efficace que la transmission asynchrone

Erreurs de transmission Sources d'erreurs Bruit électromagnétique, Perturbations propres au système,... Taux d'erreurs = probabilité p qu'un bit soit en erreur après transmission i.e. proba (1 devienne 0) ou proba (0 devienne 1) Ex : paire téléphonique: 10-5 (1 bit sur 105 bits transportés est erroné) Taux d'erreurs résiduelles : probabilité qu'un bit soit erroné après décodage (erreur qui reste après correction) Taux d'erreur binaire = Nbr. de bits erronés/Nbr. de bits transmis En pratique, il varie de 10-4 (liaison RTC) à 10-9 (réseaux locaux) Utilisation de code pour détecter et/ou corriger les erreurs VRC : Exemple: code ASCII parité paire parité impaire A: 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 E: 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 remarque 1: utilisation de la parité paire avec le code ASCII Ce code permet de détecter un nombre impair d'erreurs, mais sans les localiser. LRC : S'utilise en complément du VRC pour assurer une meilleure sécurité des données. Exemple: 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 LRC = 0 0 1 0 0 0 0 1 Le LRC (0 0 1 0 0 0 0 1) est transmis à la suite des 2 caractères. pour 1 erreur: détection et correction (intersection des bits faux) pour 2, 3 erreurs: détection, mais pas localisation. en général, détection sauf s'il y a un nb pair d'erreurs dans la même colonne, même ligne

Techniques de détection et correction d'erreurs (i) Exemples de codes Contrôle de parité verticale ou VRC (Vertical Redundancy Check) : on rajoute à chaque caractère de k bits 1 bit appelé bit de parité (ou bit VRC) qui prend la valeur 0 ou 1 selon le nombre de 1 dans le caractère. Parité paire : les k+1 bits doivent avoir un nombre pair de 1, Parité impaire : les k+1 bits doivent avoir un nombre impair de 1. essentiellement utilisée dans les transmissions asynchrones Contrôle de parité longitudinale ou LRC (Longitudinal Redundancy Check) : on place chaque caractère de k+1 bits ligne par ligne, et on rajoute sur la dernière ligne un caractère qui est composé des bits de parité calculés colonne par colonne. essentiellement utilisée dans les transmissions synchrones Contrôle par redondance cyclique ou CRC (Cyclic Redundancy Check) : fondé sur la division polynômiale, réalisé par circuits …

Techniques de détection et correction d'erreurs (ii) Parité paire Emetteur Destinataire Données Bit de parité Données Bit de parité ? = pas d’erreurs ≠ erreurs (bits à 1) mod 2 (bits à 1) mod 2 100111000 100011000 1 erreur 100111000 110011000 Pas d’erreur Problème

Techniques de détection et correction d'erreurs (iii) Parité impaire (bits à 1) mod 2 + 1 100111001 100011001 erreur

Techniques de détection et correction d'erreurs (iv) Parité verticale et longitudinale LRC  bit 1 1 bit 2 bit 3 bit 4 bit 5 bit 6 bit 7 VRC 

Techniques de détection et correction d'erreurs (v) Parité verticale et longitudinale Erreur de transmission VRC 1001000 1000101 1 1001100 1001111 1000010 H E L O LRC

Techniques de détection et correction d'erreurs (vi) Parité verticale et longitudinale LRC  bit 1 1 bit 2 bit 3 bit 4 bit 5 bit 6 bit 7 VRC  Détection et correction

Techniques de détection et correction d'erreurs (vii) Code cyclique Emetteur Destinataire Données CRC Données CRC ? R(x) = pas d’erreurs ≠ erreurs P(x)/G(x) P(x)/G(x) Données  P(x) G(x)  Polynôme générateur

Techniques de détection et correction d'erreurs (viii) Code cyclique Emetteur Destinataire Données CRC Données CRC P(x)/G(x) (P(x)+R(x))/G(x) ?=0 = pas d’erreurs ≠ erreurs

Techniques de détection et correction d'erreurs (ix) Code cyclique G(x)=x2+x+1 données: 110111 x5+x4+0.x3+x2+x1+x0=H(x) P(x)=x2.H(x)= x7+x6+0.x5+x4+x3+x2+0.x1+0.x0 X7 + x6 +0 + x4 + x3 + x2+ 0 + 0 x2+x+1 x7 x6 x5    x5 x3 1 x5 x4 x3  x2 0 0 x2 x 1 x 1  CRC=11 et on transmet 11011111

Exercice Soit le message suivant : 1101011011. On rajoute à ce message un CRC calculé par le polynôme générateur X4+X+1. Quelle est la suite binaire générée par le codeur de code cyclique ?

Résumé (i) Les données sont transmises sous forme de signaux info numérique info analogique transmission numérique analogique 1 2 4 3 1) codage bande de base NRZ, Manchester, … 2) modulation FSK, ASK, PSK 3) directe transmission analogique support guidé et non guidé division de la bande passante amplification longue distance 4) numérisation (ex : MIC) échantillonnage fe ≥ 2 * fmax (Th. Shannon) quantification codage D = fe * n transmission numérique support guidé pas de partage de la BP répétition courte distance

Résumé (ii) Synchronisation : mise en phase de deux équipements qui se calent sur le même rythme d'horloge transmission asynchrone : par caractères Le récepteur a sa propre horloge => la fréquence de l’horloge bit récepteur n’est pas verrouillée sur celle de l’émetteur Il déclenche son horloge bit sur réception d’un bit start Synchro. bit et synchro. trame sont confondues transmission synchrone Le récepteur reçoit l’horloge émise avec les données ou la reconstruit à partir des transitions du signal Détection et correction d’erreurs taux d’erreurs : proba qu’un bit soit erroné après transmission utilisation de codes de détection/correction d’erreurs VRC, LRC, CRC taux d’erreurs résiduelles : proba qu’un bit soit erroné après décodage

Types de Supports de Transmission De nombreux médiums peuvent être utilisés et on peut les séparer en deux catégories : ceux avec guide physique : Les câbles électriques : la paire torsadée, le câble coaxial Les fibres optiques. ceux sans guide physique : les liaisons sans fil Les ondes radio-électriques, Les ondes lumineuses. Choix est fonction de critères interdépendants : Distance maximum entre stations Débit minimum et maximum Type de transmission (numérique ou analogique) Nature des informations échangées (données, voix, vidéo, … Connectique Fiabilité, coût, …

Types de Supports de Transmission Les Câbles Métalliques Paire téléphonique et paire torsadée blindée Le support de communication le moins cher Le plus simple à installer Très sensible aux perturbations électromagnétiques Très employé dans la communication de la parole, mais peu adaptée aux transmission de données numériques L’altération d’un bit peut conduire à rejeter un message alors que l’oreille peut distinguer la parole même affectée par des parasites Forte Atténuation du signal électrique Utilisateur des répéteurs (tous les deux kilomètres environ) une bande passante de quelques Mbits/seconde sur des courtes distances On distingue La paire torsadé simple : très sensible aux parasites et utilisée pour des distance courtes La paire torsadé blindée : plus immunisée contre les parasites que la paire torsadée simple utilisée pour des distances moyennes

Types de Supports de Transmission Les Câbles Métalliques Câbles Coaxiaux Constitué d’une partie centrale conductrice et un blindage extérieur de protection Beaucoup plus immunisé contre les perturbations que la paire téléphonique Avantages coût modéré Faible taux d’erreurs Peut atteindre des débit élevés 100Mb/s sur une distance de 1Km et 10Mb/s sur plusieurs Km L’un des plus anciens support utilisé dans les Réseaux Locaux (étendue de quelques centaines de mètres) Il est caractérisé par une impédance (résistance) Câbles de télévision = 75 Ohms Câbles spéciaux réseaux = 50 Ohms

Types de Supports de Transmission Les Fibres Optiques Années 70 Fibre de verre au cœur microscopique réfléchissant l’énergie lumineuse et entourée d'une gaine opaque Principe de fabrication: étirage d’une préforme de verre (on peut ainsi étirer un tube de verre d’1m de long sur 10 cm de diamètre jusqu'à en faire une fibre optique de 150 km de long) Une fibre est formée par un tube en verre de silice ou en verre plastique Diamètre de l’ordre du dixième de millimètres Basé sur le phénomène de propagation de la lumière par une source lumineuse à partir de l’information à émettre : couplage de l’information dans des rayons lumineux A la réception, un photo-détecteur restitue l’information à partir du rayon lumineux émis

Choix des médias Fibre optique 2 types Multimode: principalement utilisée dans les réseaux locaux ne s'étendant pas sur plus de deux kilomètres. Indice de Impulsion Impulsion réfraction d’entrée de sortie

Choix des médias Fibre optique Monomode: son cœur est si fin que le chemin de propagation est pratiquement direct. Utilisée pour les liaisons à longue portée (soutenir les hauts débits sur des distances de 600 à 2000 km). Indice de Impulsion Impulsion réfraction d’entrée de sortie

Types de Supports de Transmission Les Fibres Optiques Avantages Immunité quasi-totale aux perturbations électromagnétiques Un débit très élevé qui dépasse le Gbit/seconde (109 bits/s) Un nombre important de canaux simultanés Un canal est caractérisé par la longueur d’onde lumineuse (analogue à la fréquence pour une transmission radio) Ainsi, elle offre une bande passante de plusieurs GHz permettant plusieurs transmissions simultanées sur une même fibre optique Affaiblissement négligeable (en fonction de la longueur d’onde) Inconvénients Encore très coûteuse Installation délicate Pose beaucoup de problèmes de raccordement (Fragilité, dérivations délicates)

Types de Supports de Transmission Air Transmission sur L’Air Se fait par des ondes Radio : fréquences basses [FM, AM] et haute fréquence (Transmission par satellite) Infra-rouge : des transmissions très locales (télécommande de télévision par exemple) Commence à prendre place dans les réseaux locaux (réseaux sans fil, Bluetooth, IEEE802.11, HyperLan, …) Avantages Ne nécessite pas de câblage La mobilité des équipements Inconvénients Risque plus grand de piratage et de perturbation Manque de bande passante (autorisée) pour satisfaire les besoins d’interconnexion

Résumé Circuit de données : 2 ETCD + 1 support assurer la mise en forme des données numériques pour la transmission sur le support. La transmission peut être simplex, half duplex ou full duplex Liaison de données : un circuit + 2 ETTD moyens permettant l’échange fiable de donnés entre 2 ETTD Pour une transmission half duplex si la transmission est analogique, un support non guidé ou un support guidé à deux fils conviennent (Ex : un câble ou une paire torsadée) si la transmission est numérique, un support guidé à deux fils convient (Ex : un câble ou une paire torsadée) Pour une transmission full duplex si la transmission est analogique sur support non guidé ou sur support guidé à deux fils, il faut que la bande passante soit suffisamment large pour pouvoir être divisée en deux sous-bandes (sinon impossible de faire du full duplex) si la transmission est numérique alors il faut un support guidé à quatre fils (car la transmission numérique se fait sur support guidé uniquement et sans découpage de la bande passante)

Multiplexage (i) Intérêt : Partage du même support physique entre plusieurs stations (Point de vue économique) partage de la bande passante d'un support entre plusieurs communications différentes optimiser l'utilisation du support de transmission Efficacité= (CiNi)/D avec Ci:débit des voies BV (en car/s) Ni: Nombre de bits utiles par caractère D: débit de la voie HV On distingue Les concentrateurs Les multiplexeurs Concentrateur : stocke les données, retire les info. non utiles (par ex, les silences). Il interprète les données (pas transparent). Si tous les canaux entrants deviennent actifs en même temps, pas possible d'écouler tout le débit donc stockage pour réemettre plus tard (ou blocage du trafic d'un canal = contention). concentrateur : généralement programmé, rarement câblé. multiplexeur : partage le support en acheminant TOUTES les données fournies en entrée. Transparence aux codes et procédures.

Le concentrateur concentrateur le concentrateur analyse les information utiles des messages provenant des différentes sources et les achemine sur le support commun permet de relier n utilisateurs à 1 système partage dynamique pas transparent aux données la somme des débits entrants peut être supérieure à celle des débits sortants

Le multiplexeur Multiplexeur le multiplexeur achemine TOUTES les données en provenance des différentes sources sur le support commun n’autorisent qu’une relation 1 à 1 partage statique transparent aux codes et procédures le débit du support commun est supérieur à la somme des débits entrants

Multiplexage et concentration Multiplexeur di n Voies Basses Vitesse (VBV) Voie Haute Vitesse (VHV) DEMUX MUX D>=di i = 1 à n partage statique de la bande passante de la voie HV entre les communications des différentes voies BV voie HV = voie composite partage dans l’espace des fréquences : multiplexage fréquentiel (FDM : Frequency Division Multiplexing) partage dans l’espace du temps : multiplexage temporel (TDM : Time Division Multiplexing) temporel synchrone temporel asynchrone (statistique)

Multiplexage Fréquentiel découper la bande passante d'un support en sous-bandes de fréquence affecter chaque sous-bande à une voie BVi => canali chaque voie est centrée sur une fréquence de porteuse différente utilisé pour une transmission analogique sur la voie HV faible efficacité (~ 25 %) mélange de voies aux caractéristiques différentes A B C canalc canalb canala

Multiplexage Temporel Toutes les stations partagent le même support de transmission en fonction du temps La station de temps n’as le droit d’émettre que dans son intervalle de temps Standards connus : MIC dans la téléphonie, TDMA dans la commutation NB : Si Toutes les stations émettent en même temps, l’information est détruite Il existe 2 types de multiplexage temporel Statique Les intervalles de temps (IT) sont affectés à chaque utilisateur de façon rigide et invariable dans le temps Inconvénient : gaspillage important si les émetteurs ont un taux d’activité faible Dynamique Allocation dynamique de la bande disponible

Multiplexage temporel synchrone division du temps en périodes = cycle = trame un cycle = un ens. d’intervalles de temps (IT) = slot dans chaque cycle, un (ou plusieurs) slot est alloué à chaque voie BV le(s) slot(s) d’une voie BVi se trouve à une position fixe dans le cycle pendant son IT, une voie BV occupe toute la BP. Si elle n'a rien à émettre, séquence spéciale : bits de bourrage utilisé pour des transmissions numériques multiplexage synchrone car fréquence du cycle synchronisée avec la fréquence des voies BV fréquence cycle = multiple * fréquence voie BV

Multiplexage Temporel B C canalc canalb canala cycle 1 cycle 2 cycle 3 un IT contient : un caractère : multiplexage temporel par caractères les voies BV sont asynchrones les slots de voies différentes peuvent avoir des longueurs différentes sur la voie HV, on ne transmet pas les bits start et stop un bit : multiplexage temporel par bits les voies BV sont synchrones

Construction de la trame multiplexée (i) trois politiques se caler sur la voie BV qui a le débit le plus lent lui allouer un IT calculer combien il faut d’IT pour chacune des autres voies la fréquence du cycle fc (cadence d’occurrence des trames) est la fréquence de caractère de cette voie BV la plus lente se caler sur la voie BV qui a le débit le plus rapide la fréquence du cycle fc (cadence d’occurrence des trames) est la fréquence de caractère de cette voie BV la plus rapide choisir un diviseur commun DC des différents débits des voies BV à chaque voie BVi telle que di (en car/sec) = ni * DC, allouer ni IT à cette voie BVi la fréquence du cycle fc (cadence d’occurrence des trames) est égale au diviseur DC

Construction de la trame multiplexée (ii) informations de contrôle supplémentaires synchronisation (verrouillage de trame) : 1 IT supplémentaire en début de trame signalisation dans la bande : un bit est ajouté dans l'IT pour indiquer si l'IT contient des données ou des info. de signalisation hors bande : un IT est ajouté dans la trame pour la signalisation le débit sur la voie HV est DHV = ∑ nbre de bits dans ITi * fc n i=1 avec n = nombre total d’IT dans la trame

Multiplexage Temporel Le multiplexage implique une part fixe pour chaque canal Le débit de sortie est égal à la somme des débits en entrée La succession des ITi dans les trames consécutives constitue un circuit de données appelé canal numéro i de débit binaire di=iD/L (D débit de la voie composite) Concentrateur La concentration suppose une allocation dynamique de capacité à transmettre selon les besoins (partage du débit entre les entrées actives) Intéressant si taux d’activité faible

Résumé (i) le but d’un multiplexeur est d’optimiser l’utilisation d’un support de transmission en partageant la BP de celui-ci entre plusieurs communications différentes différences entre multiplexeur et concentrateur partage statique pour le multiplexeur, dynamique pour le concentrateur transparence aux données pour le multiplexeur, pas pour le concentrateur débit de la voie HV supérieur à la somme des débits des voies BV pour le multiplexeur, pas pour le concentrateur l’efficacité du multiplexeur exprime le rapport entre la production de données de l’ensemble des voies BV et la capacité de la voie HV à écouler le trafic entrant. Si cette capacité est supérieure à la production de données des voies BV, l’efficacité est supérieure à 1 la voie HV est dite voie composite la signalisation se fait dans la bande ou hors bande (canal sémaphore)

Résumé (ii) le partage de la BP du support se fait : dans l’espace des fréquences : multiplexage fréquentiel découpage de la BP en sous-bandes de fréquences (canal) et allocation d’un canal à chaque voie BV entrante la transmission sur la voie HV est analogique dans l’espace du temps : multiplexage temporel découper la BP en “tranche horaire” (cycle) et dans chaque cycle, allouer un (ou plusieurs) IT à une voie BV entrante la transmission sur la voie HV est numérique : pendant son IT, la voie BV occupe toute la BP le cycle contient des informations de contrôle : l’IT de verrouillage et la signalisation (dans la bande : 1 bit dans l’IT, hors bande : 1 IT supplémentaire) 2 catégories temporel synchrone temporel asynchrone (concentrateur)

Résumé (iii) multiplexage temporel synchrone allocation fixe : une voie BV entrante a toujours le même IT dans le cycle (position fixe), même si elle n’a rien à émettre canal : ens. des IT d’une même voie BV dans les cycles successifs trois politiques de construction de cycle DHV = ∑ nbre de bits dans ITi * fc , avec fc = fréquence du cycle et n = nombre total d’IT dans la trame deux catégories de multiplexage temporel synchrone temporel synchrone par caractère : 1 IT = 1 caractère, les voies BV sont asynchrones 1 cas particulier : le multiplexage des voies MIC temporel synchrone par bit : 1 IT = 1 bit, les voies BV sont synchrones multiplexage temporel asynchrone (concentrateurs) allocation dynamique : une voie BV n’a plus une position fixe dans le cycle, si elle n’a rien à émettre, elle ne fait pas partie du cycle ajout d’une étiquette dans l’IT pour identifier la voie BV n i = 1

Mesures utiles vitesse de transmission vitesse d’émission débit binaire bit/s nombre de bits émis par seconde délai qui s'écoule entre le début et la fin de la transmission d'un message sur une ligne Te = Q / D temps de transmission temps d’émission sec longueur du message en bit vitesse de transmission temps nécessaire à un signal pour parcourir un suppport d'un point à un autre Tp = distance / vitesse de propagation temps de propagation sec/km Temps de propagation : dépend de la nature du support, de la distance et de la fréquence du signal. Ex: câble coax, 5 s/km. je mets x secondes à parcourir 1 km Vitesse de propagation : je fais x km en 1 seconde. vitesse de la lumière : 300 000km/sec sur un câble : affaibli 200 000 jm/sec, voire même 100 000 km/sec (Ethernet, avec les répéteurs, ça ralentit). Délai d'acheminement : fonction du temps de transmission, du temps de propagation, du temps d'attente dans les commutateurs et du nombre de commutateurs traversés rapidité avec laquelle le signal parcourt le support Ex : lumière : 300 000 km/sec vitesse de propagation km/sec temps qui s'écoule entre le début de la transmission d'un message sur une ligne et la fin de sa réception par le destinataire DA = Te + Tp délai d'acheminement temps de transfert sec

volume de trafic mesuré pendant 1 h Mesures de trafic mesure unité définition Taux de connexion (intensité du trafic) utilisation d’une ligne sur une période de référence d’une heure Erlang volume de trafic mesuré pendant 1 h N*T 3600 N : nombre de sessions sur 1h T : durée moyenne d'une session (sec) Taux d'activité % utilisation effective de la ligne lors d'une session Temps de transmission Durée d'une session taux de connexion : connexion du terminal à la ligne (le terminal est en transmission. On observe pendant 1 heure : période de référence). N : nb de sessions ou de périodes de communication à l'heure en fonction du type d'application : tend vers 1 pour une appli. transactionnelle tend vers 0 pour un transfert de fichiers taux d'activité: activité de la ligne. Pendant une session, la ligne n'est active que pendant le temps de transmission. Rapport entre le temps réellement utilisé pour la transmission et le temps d'ouverture de la liaison.

Exercice Soit le message composé de la chaîne : "NET", le contrôle de transmission de chaque caractère est assuré par un bit de parité impair, donner la représentation binaire du message transmis. On suppose que les caractères sont codés selon le code ASCII, en utilisant 7 bits. Rappel : Le code ASCII des caractères transmis sont : N : 1001110, E : 1001001, T : 1010100

Exercice Soit le message suivant : 0011111101. On rajoute à ce message un CRC calculé par le polynôme générateur g(x)= X2+X+1. Quel est le message codé ?

Exercice Soit le message suivant : 1101011011. On rajoute à ce message un CRC calculé par le polynôme générateur g(x)= X4+X+1. Quel est le message codé ?

Exercice Soit la suite de bits 11010100. Représentez le signal numérique transmis en appliquant les codages Manchester et Manchester Différentiel.

Soit la suite de bits 00011010. Représentez le signal numérique transmis en appliquant les codages NRZ et NRZI.