EP0581847A1 - Systeme de transmission d'informations entre le sol et des mobiles notamment dans les communications sol-trains - Google Patents

Systeme de transmission d'informations entre le sol et des mobiles notamment dans les communications sol-trains

Info

Publication number
EP0581847A1
EP0581847A1 EP92910371A EP92910371A EP0581847A1 EP 0581847 A1 EP0581847 A1 EP 0581847A1 EP 92910371 A EP92910371 A EP 92910371A EP 92910371 A EP92910371 A EP 92910371A EP 0581847 A1 EP0581847 A1 EP 0581847A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
beacons
ground
train
short
node
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP92910371A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Patrice Bernard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SNCF Mobilites
Original Assignee
SNCF Mobilites
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SNCF Mobilites filed Critical SNCF Mobilites
Publication of EP0581847A1 publication Critical patent/EP0581847A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L3/00—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal
    • B61L3/02—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control
    • B61L3/08—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control controlling electrically
    • B61L3/12—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control controlling electrically using magnetic or electrostatic induction; using radio waves
    • B61L3/125—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control controlling electrically using magnetic or electrostatic induction; using radio waves using short-range radio transmission
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L3/00—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal
    • B61L3/16—Continuous control along the route
    • B61L3/22—Continuous control along the route using magnetic or electrostatic induction; using electromagnetic radiation
    • B61L3/225—Continuous control along the route using magnetic or electrostatic induction; using electromagnetic radiation using separate conductors along the route
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L3/00—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal
    • B61L3/16—Continuous control along the route
    • B61L3/22—Continuous control along the route using magnetic or electrostatic induction; using electromagnetic radiation
    • B61L3/227—Continuous control along the route using magnetic or electrostatic induction; using electromagnetic radiation using electromagnetic radiation

Definitions

  • the present invention relates to the field of information transmission between the ground and mobiles. It relates, more particularly, but not limited to, the transmission of information between the ground and railway mobiles, traction units, cars or wagons, trainsets or trains.
  • Some of these means have a point coverage, that is to say limited to a few tens of centimeters, or even a few meters and can therefore only be used when the mobile passes in well-defined locations.
  • some are unidirectional, such as traditional light signaling or its repetition in the cabin by metal contact or inductive loop. More recent techniques, such as microwave or optics (infrared), allow the establishment of bidirectional links between a mobile and a "beacon" offering a high speed.
  • Radio means of communication have more coverage. They are essentially radio means.
  • the transceiver with which the mobile has exchanges (which in some cases are only one-way) is located either in space (telecommunications satellites) or on the ground. In the latter case, it is exceptionally a station with a large coverage and most often, because of the frequency band used, a set of fixed stations with a range limited to a few kilometers and therefore organized network.
  • the information rate of these radio links is generally limited by the relative narrowness of the available frequency band. Even more than the overall speed, the speed by mobile is limited by the number of mobiles in the coverage area between which to share the available speed.
  • a third type of means of communication has coverage which is neither punctual nor extended to a relatively large area in its two dimensions. These are means whose coverage is somewhat linear, so as to cover a section of railway or road.
  • the means used can be a radiating cable, a lossy waveguide, or even, in the case of the railway, the rails, but the transmission is then unidirectional.
  • the speed generally available for transmission with a mobile is proportional not only to the speed of the link when it is established but also to the proportion of the time when it is established, that is to say at relationship between the length of the area covered by a point connection and the spacing between successive covered areas.
  • the average speed is sufficient, its discontinuous nature over time makes it necessary for a service like the telephone, asking a priori continuity, temporary storage, therefore a high apparent response time.
  • a third drawback affects certain particularly fast mobiles using radio transmission with a high modulation rate and certain modulation methods; this is the Doppler effect which can prohibit digital links with too fast mobiles.
  • linear coverage transmissions are, as regards rail transmissions, their unidirectional nature and their very low bit rate, as regards radiating cables their cost and their still limited frequency range (it is difficult today hui to go up very much beyond 1 GHz) being able to prohibit to transpose on this particular antenna which is the cable a transmission in the open air (repetition in tunnel of connections with satellites, for example), and as regards slotted waveguides, their cost.
  • the present invention aims to allow transmission between the ground and mobiles with a high information rate with each mobile, coverage in some cases continuous and for a moderate cost.
  • the object of the invention is a ground-mobile transmission system, using microwave transmission beacons of the type of those which are usually used to ensure punctual transmissions, characterized in that the coverage is extended in the direction of movement of the vehicle, by equipping it with an antenna or other radiating device whose coverage in the direction of movement is much greater than its value in the transverse direction during movement and may even, if it reaches or exceeds the distance separating successive beacons, allow a continuous connection during the movement of the vehicle.
  • Another object of the invention is a transmission system between the various beacons located on the path of a vehicle which is particularly suitable for the ground-mobile transmission system envisaged and ensures under the best conditions the sharing of available transmission resources and the routing of information between a Nodal Transmission Center and the punctual beacons successively covered by the antenna of a vehicle.
  • the invention relates to a system in which the roles which, in the state of the art of linear coverage transmissions, are respectively assigned to the ground and to the mobiles are reversed.
  • It is the ground which carries, at more or less regular intervals, fairly simple beacons (linked together by a transmission network which constitutes the second object of the invention) and it is the mobile which carries a complex transceiver, connected to a large antenna, such as a radiating cable or a slot waveguide placed for example over the entire length of a train, and which, through this antenna, is in permanent contact with at least one point marker of a set, if the distance between tags is less than or equal to the length of the antenna, or which, if this distance is greater than the length of the antenna, ensures a link which, without being continuous, exists on a proportion of the path traveled sufficient to allow a high average flow between the mobile and the ground. Because a beacon is only in contact with at most one mobile at a time, the speed guaranteed to a mobile is not at the expense of that assured to
  • FIG. 1 schematically represents a section of railway line equipped with beacons and a transmission network connecting them to a nodal transmission center, traversed by a train fitted with a reader connected to a distributed antenna according to the invention
  • FIG. 2 shows the detail of a slotted waveguide fitted to a train and serving as a distributed antenna according to the invention
  • FIG. 3 shows the detail of a method of fixing the slotted waveguide under the body of the powerplant and / or elements of the train;
  • FIG. 5 gives an arrangement of the waveguide antenna in two sets each covering one half of the train and making it possible to harmoniously ensure the transition between one beacon and the next, in the case of continuous transmission;
  • FIG. 6 describes the architecture of a network connecting together the nodes to which the beacons are connected and to a nodal transmission center; possibly other distributed equipment, such as needle controllers;
  • FIG. 7 shows the structure of a node.
  • the mobile which in the case taken for example is a train, is equipped with a "reader" as proposed, essentially for hands-free toll applications or container identification, by the companies CGA-HBS
  • the beacon To transmit in the train-to-ground direction, it modulates a carrier, generally in amplitude. To read the content of the message awaiting reading in the beacon equipping the rail line and intended for the train, it illuminates the beacon with an unmodulated microwave wave. The beacon reflects part of it, by modulating the reflected wave in amplitude (shorting of the antenna modulated by the content of a memory such as a shift register), in frequency or sometimes in phase, or by any other process.
  • the speeds of such readers are typically of the order of 500 kbit / s and can reach IMbit / s but the bi-directional speed is only half as long as the response of the beacon, which requires unmodulated illumination , cannot be done at the same time as sending a message to the tag.
  • Certain systems have a more limited bit rate but essentially in order to decrease the energy consumed by the beacon, which is a consideration of less importance with the transmission system of the invention, in which a remote supply of the beacons through the system terrestrial transmission will be as often as possible.
  • the various beacons are connected to nodes, such as Ni, Nj, Nk, themselves spaced 200m apart. These nodes are, in their turn, in connection with a Central Nodal of Transmissions, such as CNT on the one hand, and can on the other hand be connected to a fixed railway installation such as IF, controlling for example a needle motor .
  • nodes such as Ni, Nj, Nk, themselves spaced 200m apart.
  • CNT Central Nodal of Transmissions
  • IF controlling for example a needle motor
  • FIG. 2 we see an embodiment of the antenna of the mobile.
  • the production of this antenna is based on the use of a GO slot waveguide such as that used in the IAGO system of ground-train links developed by the company GEC-ALSTHOM, described in particular in the patent.
  • French 2,608,119 dated 12.12.86 but, in this system, the waveguide is placed in the track and the train has a point antenna connected to a traditional microwave transceiver).
  • the waveguide is in the form of a rectangular extruded aluminum tube, the dimensions of which are of the order of 10.5 cm ⁇ 5.5 cm, pierced with slots f perpendicular to the track, spaced on the order of 4.5cm.
  • the waveguide 1 is protected from ballast projections by a steel strip 2 pierced with slots 3 so as not to mask the slots 4 of the aluminum tube and which ensures the fixing of the tube under the body 5 by means of bolts 6, for example, screwed into the body 5.
  • the edges of the slits of the strip are bevelled, as shown in FIG. 3.
  • l weakening presented by the guide, with its slots is around 18dB / km, or 4dB over the length of the train, and 2dB only if the reader is placed in the middle of the train and feeds two half-guides of a length of 110m each.
  • the guide placed under the body of the powerplant or a trailer is rigid.
  • the undeformable train is articulated around ball joints usually located just below the intercirculations allowing travelers to pass from one trailer to another.
  • Several solutions can be used to connect the waveguides of neighboring trailers.
  • FIGS. 4a, 4b and 4c Three of the possible connection solutions have been summarized in FIGS. 4a, 4b and 4c.
  • the first of these solutions consists in using a flexible waveguide in the connection area as is encountered in certain radar installations.
  • This connection is consists of a flexible part, possibly consisting of two flexible parts s 1 and s 2 separable, connected respectively to the wave guides GO 1 and GO 2 .
  • the second of these solutions consists in connecting the two adjacent waveguides GO 1 and GO 2 via a coaxial cable
  • each of the opposite ends of the waveguides GO 1 and GO 2 is extended by an aluminum element having the shape of a truncated pyramid, the small base of which corresponds to the section of the waveguides and whose large base is homothetic of it. Given the small clearance between the two ends of the waveguides, the loss of radiation is effectively reduced.
  • the referenced patent indicates how it is possible to use a slotted waveguide to safely measure speed. This measure is based on injecting a frequency such that between two successive slits the wave moves about half a wavelength.
  • an antenna located a short distance from the guide detects nodes and bellies of amplitude whose count allows it to know the space traveled (and whose quotient of this count by time allows it to know the speed ). This possibility can be exploited by the reader. If, in addition to the frequency close to 2.45 GHz used for the transmission, it injects a frequency close to 2.7 GHz, the signal which is returned to it is modulated with the pitch of the slits.
  • a first method would consist in using two readers L 1 and L 2 , which transmit on slightly different wavelengths, so that the signals at various frequencies can coexist without their reception being disturbed. These readers would be on board in 3, corresponding to the middle part of the train. Another would be that the reader is located in the middle of the train at 3 and can transmit as desired through one or the other of the two guides G 1 and G 2 each traversing half of the train. The emission of a short message and the measurement of the quality of the response of one and the other allow the reader to choose one of the two tags
  • the preferred method is yet another method. It consists of continuously transmitting on two frequencies close to 2.7 GHz but distinct, so as to obtain at least one of them, because half of the guide in which it is sent covers a beacon, a continuous measurement of speed. It is sometimes the first beacon, sometimes the second, with an overlap during which two beacons are covered and can both provide speed in safety. The observation of the response of a new beacon (and an associated quality measure) makes it possible to decide when to use one or the other of the two waveguides to run the transmissions.
  • beacon speed the distribution of beacons along a line, at intervals which allow a high speed bandwidth transmission from one to the other
  • the relatively high number of beacons which makes one wish that the communication nodes to which they are attached have a simple structure, the fact that these nodes can also be advantageously connected to fixed installations such as controllers needles or announcement systems at level crossings, are all characteristics specific to transmissions which must link the beacons to the nodal transmission center.
  • ground-train communications systems according to the invention are advantageously supplemented by an adapted and specific system for managing terrestrial communications which is in a way the guarantor of performance and its economy.
  • a short range microwave transmission can therefore be the "ground-train jump" link in a communications network between a transmission center and all the trains traveling on a line.
  • the terrestrial network for connecting the microwave beacons must offer a level of performance compatible with that of the beacons, high availability and moderate cost. It must also be capable of handling other transmissions of interest to fixed points located on the track or in its vicinity: fixed stations of the ground-train radio, motors and needle controllers, passage management systems level, possibly telephone access terminals, etc.
  • the speed of the desirable link between a beacon and what we will call the Nodal Transmission Center (CNT) is of the order of 250kbit / s, full-duplex.
  • This figure assumes a ground-to-train transmission with a speed greater than 500 kbit / s, because this transmission must be done on a half-day basis.
  • the speed must be more than double the speed of the link with the CNT because account must be taken of the exchange of service data between train and beacon, turnaround times, dead times linked to the determination by the train of the beacon to be used when it is above two beacons simultaneously (although the use of two readers or a second frequency used for example for a speed measurement in safety makes it possible to ensure this determination in masked time ).
  • the available bandwidths easily allow this speed.
  • the consideration which sometimes limits it, namely the economy of a battery which is supposed to last several years, should probably not play a role if the beacons are remotely powered by the connection network.
  • the spacing of two consecutive beacons on the same track is 200m.
  • 200m is the maximum spacing allowing to ensure the continuity of the coverage to a TGV train of 200m and therefore to offer services which to have a commercial quality requires this continuity, like the telephone.
  • Each node must manage 1 beacon (on single track), 2 (on double track) or even more on certain lines or in the station area. It must also manage the connection of neighboring fixed equipment (fixed stations of ground-train radio, needle controllers if they are managed by
  • Optical fiber has the advantage of total insensitivity to disturbances and that of high capacity. It has the disadvantage that there are at present only on a relatively low line mileage, although increasing, while copper is widespread. It also has the drawback that its performance in terms of transmission presupposes in practice powerful nodes and which therefore risk being costly.
  • the ring must be closed so that the CNT manages both transmission and reception.
  • the simplest is that the return path is the same as that of the outward journey, that is to say that the topology is that of a loop borrowing only one line to go and return .
  • each node n 3 is connected, in the two directions of transmission, to each of its two neighbors n i and n k .
  • the information will only be processed in one direction; the other will be limited to ensuring the function of repetition and reconfiguration.
  • Nodal Center of Transmissions This does not mean that, in normal operation, each one must intervene in the connection of a given node but only that it must be possible, in the event of break of the connection, to connect to a CNT all the nodes being on the same side as him of the cut.
  • CNT Nodal Transmission Center
  • node a step on the terrestrial link, responsible for local transmission, reconfiguration and extraction or insertion of information in the loop,
  • the train through its dialogue with the beacon, is capable of having in the node the information making it possible to intercept the information intended for it and to know when and where to inject data supplied by the train.
  • connection structure appears to be that of a folded-over ring in which each node was crossed twice, a first time giving the opportunity for logical processing and a second time for the title a simple transmission repeater.
  • R 1 , R ' 1 Registers
  • R 2 , R' 2 Registers
  • FSV FiFo empty output.
  • All the nodes are identical. each has 2 inputs EG and ED, two outputs SD and SG and a logic L. It can operate in 4 modes, by calling L the logic part:
  • each frame has a synchronization pattern and can include an area carrying an order (we will see more far that this zone can be the first two bytes of the ACS Static Capacity Affection zone).
  • the CNT2 will not issue anything at first.
  • the CNT1 will continuously transmit a frame comprising only the synchronization pattern and 1s in the rest of the frame.
  • the nodes having regained synchronization will remain in mode 1 where they have hung, and this step by step starting with the node closest to CNT1. If the non-hooked nodes switch between mode 1 and mode 4 approximately every two frames, we see that they will hang on the CNT1 at a rate of a little more than one per frame (on average, two in
  • n 1 is the number of nodes that we want to manage from the CNTx, we see that after n 1 frames, we are almost sure that the last node to manage, which we will call m, has caught on (if we wait longer, all the nodes between CNT 1 and CNT 2 will eventually hang in mode 1 on CNT 1 and CNT 2 will receive the information sent by CNT 1 ; we could also decide to wait for this moment).
  • a frequency of 250 frames / s and spacing 200m nodes, 100 km of line will "hang" in 1.5s.
  • the nodes having hooked up the synchronization receive a 1 throughout the part of the frame which is not the synchronization pattern. They therefore receive it in particular in the first two bytes of the ACS Static Capacity Allocation zone which normally designate a node, by a 12-bit number, and a gate of this node, by a 4-bit number.
  • the code they receive in this area, 65535 normally designates gate 15 of node 4095 (which must not exist). It will be interpreted as giving the order to stay in the reset mode.
  • CNT 1 will then send to node m, named by name, an order to switch to mode 2 (a Static Capacity Assignment defined by its node number and, for example, door number 15).
  • the CNT 1 will then receive, by the loop finally closed, the series of information that it sent.
  • the reset of the first loop is complete.
  • the CNT 2 can then do the same, by sending the initialization pattern on which, step by step, all the remaining nodes will catch on. There is indeed no competition to fear from CNT 1 since node m is looped in mode 2.
  • CNT 2 can give the most distant m 'the order to pass through mode 3 (a Static Capacity Assignment defined by its node number and, for example, door number 14).
  • the initialization of the second mouth is complete.
  • the CNTs can agree to move the border of their respective action zones. Whoever restricts his area of action must do so first, by sending the new last node the loopback code. We will assume that it is CNT 1 .
  • the abandoned nodes then pass, at the end of a timer, in the synchronization search mode if n 2 is the number of nodes to be made. go under the authority of CNT 2 , it must go into synchronization mode for a duration of around n 2 frames (the other nodes have not lost their synchronization). It can then send the loopback order to the new last node.
  • Frame Synchro and empty FIFO) ST and FSV It therefore in principle comprises 19 wires, which can be reduced to 12 if the data wires are multiplexed.
  • the node has known (for some time) the abbreviated train number, which it has assigned to the door through which the beacon is connected.
  • the node At the start of each frame (every 4 ms), the node writes to the output FIFO F 1 S the number of the new frame and sends a signal on the Synchro thread
  • the beacon When it receives this signal, the beacon knows that the bytes intended for the train in the frame i-1 are in the output FIFO F 1 S, terminated by the additional byte giving the number of the new frame.
  • the number of data bytes received by a node during a frame is always equal to the number of bytes transmitted by the node in this same frame. It is therefore known to the tag, which must have noted this number during the previous frame. The tag can "get ahead" in reading the data bytes, by testing the emptiness of the FIFO.
  • the beacon is able to transmit to the train, when it interrogates it, the bytes of data received. It must also indicate to the train the number of the new frame, which helps it to keep the synchronization, which need only be approximate.
  • the beacon receives the indication of the number of bytes to be transmitted (and the corresponding data bytes) from the train. This number will most often be the same from one frame to another, but nothing prevents it from varying, according to a known law of the train. Transmitting them in time means that they must have been stored in the input FIFO F 1 E before the node has the opportunity to transmit them. As the beacon does not know this moment, it must assume that the transmission begins from byte 64 of the frame, but nothing prevents it from getting ahead.
  • a train If a train approaches a new beacon i, it starts a dialogue with it (but up to a certain moment not with the CNT through this beacon). Once the quality of the connection is satisfactory, the train indicates its abbreviated number to the beacon. It also indicates to him from which frame n he wishes to carry out the hand-over, that is to say to use the new tag i for his exchanges with the CNT rather than the current tag j. It indicates it in the i tag but does not care to indicate it in the j tag.
  • the tag During the interval corresponding to frame i-1, the tag enters the abbreviated number into the input FIFO F 1 E. Then it sends a signal on the Attention wire A. This causes the abbreviated number to be read. by the node, its copying in the selection register associated with the door as well as in the output FIFO F 1 S. The beacon thus has the opportunity to verify that the abbreviated number has been correctly received and, if not, to pass it on again.
  • the train transmits to the beacon i the data to be sent in the frame n.
  • the tag enters them into the input FIFO F 1 E which connects it to its node. During the transmission of this frame n, it is again from the tag j that the train must read the data which was intended for it in the frame n-1.
  • the input FIFO F 1 E of the latter cannot provide data when the selection mechanism gives it the opportunity.
  • the vacuity of the input FIFO F 1 E not only causes the non-transmission and its replacement by the transparent retransmission of the bytes received from the upstream node but also the deselection of the gate, that is to say the resetting to 0 the selection register associated with the door to which the beacon j is connected. The node j has again become available for a next train.
  • any underrun has the same effects as ending the use of a tag. We must therefore avoid blocking which would result from the fact that the input FIFO F 1 E may contain the end of the data to be transmitted, which would prevent reinitialization by the train which caused the underrun or initialization by the next train. This is why the underrun must cause, at the start of the next frame, the purging of any FIFO content.
  • the train When a quality contact is established with the beacon, the train transmits its abbreviated number and the indication of the frame from which it wishes to transmit (in principle, the following).
  • the node knowing the abbreviated number but not having received in the frame an indication of capacity allocated to the train, transmits at the end of the frame a request for allocation of capacity. A certain number of frames will pass before the CNT has received this request, has processed it and decided on an assignment and can indicate it in a frame at the start. Until this time, the node will reissue the allocation request in each frame.
  • the number of the frame will be for the train the implicit indication of the number of bytes transmitted and therefore to be renewed.
  • the link will have remained inactive only in practice, the physical time of the loop's journey plus a frame duration (or two?).
  • a train which does not yet have a short code (because it arrives in the area covered by the CNT without announcement by the CNT that it has left or because it comes out of a period of inactivity) uses as abbreviated number a null value. This is detected by the node when the selection register is loaded and causes it to send to the CNT a message requesting the allocation of a static multiplexing capacity with the train, defined not by the abbreviated number that it has not yet but by the number of the node and the door to which the tag is connected.
  • the link thus established is between an addressing and capacity allocation process in the CNT and an initialization process in the train.
  • This exchange allows the train to indicate its complete machine number and its capacity requirements.
  • the CNT indicates to the train the abbreviated number it must use and the assigned rate (how many times 32 bytes per frame, or in each of the 16 frames of a multiframe if this capacity is not constant).
  • the CNT breaks the static link.
  • the beacon after having noted this break by the fact that it no longer receives a byte in the output FIFO F 1 S, initializes the dynamic exchange by placing in the input FIFO F 1 E, the abbreviated number of the train and sending the Attention signal to A.
  • the deactivation of an abbreviated number is automatic, upon expiry of a delay without transmission (of 5 minutes for example). To avoid an interpretation error, the CNT still waits a certain time before reassigning the same abbreviated number to another train.
  • the train may have to ask the CNT to modify the speed (for example due to the appearance of new needs or their disappearance). He must do it through the data flow it sends to the CNT, which it is assumed that a certain subset is intended for link management.
  • the CNT can modify the flow by itself, either because of a change in requirements or to distribute the shortage.
  • the flow can be made regular by the use of FIFOs; as it is relatively slow, data can be exchanged on a serial link; two sons are enough, one per direction.
  • the "fixed" capacity can however be modified by the CNT; the interest is, for example, to test at low cadence the controller of a needle which no train approaches and to increase the cadence when a train approaches ("imperative" control); the node can perfectly be remote-controlled and vary the rhythm of the bit clock that it provides to the connected unit.
  • Bytes 0 and 1 contain a synchronization pattern.
  • Byte 2 contains a frame number. Only the last four bits are used to define the frame in the multiframe, but all 8 bits are used to distribute a clock with a period of about one second. The frame number is used on the one hand to ensure a sub-multiplexing making it possible to offer low bit rates at certain doors and on the other hand to coordinate the handovers.
  • ⁇ Dynamic Capacity Assertment CD (bytes 3- Each of bytes 3 to 30 (byte 31 always contains 0) assigns to a certain train a transmission capacity of 32 bytes in the DMD area of Dynamically Multiplexed Data of the frame.
  • the train concerned is designated by a short number, 1 byte, which has been previously assigned to it by the Nodal Transmission Center (CNT).
  • CNT Nodal Transmission Center
  • the same train can be assigned a multiple capacity of 32 bytes in the frame, which does not does not have to correspond to contiguous zones of DMD It can also have a number of zones which varies from one frame to another but in a manner agreed in advance according to the number of the frame in the multiframe.
  • each capacity increment of 32 bytes corresponds to a bit rate increment of 64,000 bit / s.
  • the lowest bit rate that can be dynamically assigned is 32 bytes every 16 frames, or 4 kbit / s.
  • the highest is 28 ⁇ 32 bytes per frame, or 1,792 Mbit / s.
  • Address 0 is never assigned to a train and its use in ACD therefore does not affect a memory area (but it may be the subject of a static assignment).
  • a more complex message must in principle be sent individually to each train by the CNT.
  • ⁇ CS Static Capacity Assignment (bytes 32-36) This zone allows the modification of the capacities assigned to semi-static multiplexing (DMS zone). Only one capacity can be modified per frame.
  • the ACS zone consists of 3 sub-zones: - the first, of 12 bits, designates a node. The nodes have a number fixed in EPROM. Two identical numbers must not be in a line area managed, in normal or in emergency, by the same CNT; the number 4095 is reserved for the reconfiguration mode,
  • the third area, 24 bits indicates the bytes affected.
  • the first 14 bits designate a byte address in the frame (10 bits) and a frame number in a multi-frame (4 bits).
  • the next 9 bits constitute a mask saying which of the last 9 bits of the previous zone do not take into account: the first 5 relate to the last 5 bits of the address zone and the last 4 to the frame number.
  • a null mask represents a capacity of 1 byte per multiframe, that is, for a frame frequency of 250, a bit rate of 125 bit / s; a mask of 111 (in binary) represents a capacity of one byte in every second frame, ie a bit rate of 1 kbit / s; a mask of 111111 represents a capacity of 4 bytes in each frame, or a bit rate of 8 kbit / s.
  • a value of 0 in the address field removes a previous allocation.
  • the first 14 bits designate, with perhaps unnecessary precision as we will see, a byte address in the frame (10 bits), followed by a frame number in the multiframe (4 bits). All the 0's that end the zone indicate how many of the least significant bits among the first 14 ignore.
  • the value (expressed in binary) 1100110011010111 affects the address byte 1100110011 in frame 0101, ie a bit rate of 125 bit / s.
  • the value 1100110011011100 affects the same address in 1 frame out of 4, i.e. a speed of 1 kbit / s.
  • the value 1100110010000000 assigns the 8 address bytes 1100110000 to 1100110111 in each frame, i.e. a speed of 16 kbit / s.
  • the nullity of the first 16 bits can be taken advantage of by a node to request a static assignment to one of its dynamic doors, as indicated for the mechanism for assigning an abbreviated number to a train that does not already have one, or even to one of its static doors, as the possibility was mentioned for the connection of telephones .
  • This node, noting the nullity of the first 16 bits writes its own number and that of the door concerned in the last 16.
  • the mechanism indicated shows that it is the last crossing "which wins”. As a node will send the same request, frame after frame, until it has obtained an abbreviated number for the door in question, this collision has no other drawback than delaying the assignment.
  • the Statically Multiplexed Data DMS area is managed according to static or more exactly weakly dynamic multiplexing, the allocation mechanism of which is indicated by the ACS Static Capacity Allocation area.
  • individual bit rates can range between 125 bit / s and 64 kbit / s.
  • Each bit in this area corresponds to a train, defined by its abbreviated number.
  • the CNT initially sets the entire area to 0.
  • Each node crossed can set certain bits to 1, but not 0 (i.e. each node transmits downstream the logical fusion of what it received from upstream and what it has added). It puts at 1 the position corresponding to a train of which one of its doors includes the abbreviated number in its selection register if, for this train, it was not unable to provide the bytes requested through the ACD area. In other words, it puts a 1 for a train which has provided all of the requested bytes or for which no transmission capacity has yet been allocated.
  • bit rate is subject to change. For example, if the door corresponds to a needle controller, a control center can request, when approaching a train, a speed of 4 kbit / s and be satisfied, at other times, with a speed of 125 bit / s.
  • 8 wires of Data In and 8 wires of Data Out can be replaced by 8 wires of Data, bidirectional, and a direction selection wire, managed by the connected device.
  • a parallel interface seems preferable to a serial interface, both because the short distances between beacon and node allow it (a few meters) and that it seems interesting to reduce the flow, this one being able to be high, the environment electrically polluted and the mode of transmission should be kept simple.
  • the architecture of the node can be broken down into a certain number of common organs, ensuring the following functions:
  • the node has 2 inputs EG and ED and two outputs SD and SG and it can operate in 4 modes depending on the position it occupies in the loop considered.
  • the reconfiguration unit ensuring the functions described above comprises only the electronic relays ensuring the contacts corresponding to the four modes. It is the BT time base which must search for synchronization, send the code ordering the switchover in modes 1 and 4 alternately (with a period for two half-waves corresponding to the duration of approximately 4 frames) as long as it does did not find the sync, inhibit any program other than a repetition as long as it recognizes the OFFFF code
  • the overall performance of the loop is partly linked to the crossing time of each node. It seems impossible to go below a bit time but it is desirable not to go above it, in particular not to add a time-byte.
  • the BT time base has multiple functions:
  • Dynamic capacity management involves writing and reading the FGD dynamic management FIFO.
  • This FIFO is filled, from bytes 0 to 31 of the frame
  • each non-zero byte represents the abbreviated number of a train authorized to use the group of 32 bytes corresponding to its rank in the FIFO to receive and transmit data. Consequently, each byte of the FIFO is presented, for 32 consecutive byte times, on the address bus BA (where it is multiplexed with the bit time and the frame number) and it is the dynamically managed gates which compare in C 1 and NA the abbreviated train number presented to the one entered in their assignment register. In the event of a match, at each byte time, they read a byte in the input FIFO F 1 E and write one in the output FIFO F 1 S.
  • the management of the static capacities and of the rhythms managed by RS is done by the comparison in C 2 of the byte time (and frame number) presented on the address bus BA and of what the door has stored as control information, namely the same kind of information, plus a mask explaining which bits to ignore in the comparison.
  • This ordering information was presented in series, and stored in parallel in a 24-bit register. Data transfers could also be done in series.
  • the gate Ps also includes a selector making it possible to choose which of the wires of the address bus BA to be used to give the rhythm to the external serial link, regular rhythm even if the data arrive in packets.

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Abstract

L'invention concerne un système de transmission d'informations entre le sol et des mobiles. L'installation est constituée par exemple d'une section de ligne ferroviaire V1, équipée de balises entre ses rails. Les diverses balises sont reliées à des noeuds, tels que Ni, Nj, Nk, eux-mêmes en liaison avec un Centre Nodal de Transmissions CNT d'une part et à des installations fixes telles que IF d'autre part, commandant par exemple un moteur d'aiguille. Le système est applicable notamment au domaine de la transmission d'informations entre le sol et des mobiles ferroviaires, engins de traction, voitures ou wagons, éléments de rames ou de trains.

Description

SYSTEME DE TRANSMISSION D'INFORMATIONS ENTRE LE SOL ET DES
MOBILES NOTAMMENT DANS LES COMMUNICATIONS SOL-TRAINS.
La présente invention concerne le domaine, de la transmission d'informations entre le sol et des mobiles. Elle concerne, plus particulièrement, mais non limitativement, la transmission d'informations entre le sol et des mobiles ferroviaires, engins de traction, voitures ou wagons, éléments de rame ou de trains.
On connaît déjà dans l'art antérieur différents moyens gui permettent d'assurer de telles communications. Ces divers moyens peuvent être classés suivant différents critères. Un des critères de classement de ces moyens est la portée de la zone gu'ils permettent de couvrir.
Certains de ces moyens ont une couverture ponctuelle, c'est-à-dire limitée à quelques dizaines de centimètres, voire quelques mètres et ne peuvent donc être utilisés que lorsque le mobile passe en des endroits bien déterminés. Parmi ces moyens, certains sont unidirectionnels, comme la signalisation lumineuse traditionnelle ou sa répétition en cabine par contact métalligue ou boucle inductive. Des techniques plus récentes, comme les hyperfréquences ou l'optique (infrarouge), autorisent l'établissement de liaisons bidirectionnelles entre un mobile et une "balise" offrant un débit élevé.
D'autres moyens de communication ont une couverture plus importante. Il s'agit essentiellement de moyens radioélectriques. L'émetteur-récepteur avec lequel le mobile entretient des échanges (gui dans certains cas ne sont qu'unidirectionnels) se trouve soit dans l'espace (satellites de télécommunications) soit au sol. Dans ce dernier cas, il s'agit exceptionnellement d'une station ayant une vaste couverture et le plus souvent, en raison de la bande de fréquences utilisée, d'un ensemble de stations fixes à portée limitée à quelques kilomètres et de ce fait organisées en réseau. Le débit d'information de ces liaisons radio est généralement limité par la relative étroitesse de la bande de fréquences disponible. Plus encore que le débit global, le débit par mobile est limité par le nombre de mobiles se trouvant dans la zone de couverture entre lesquels partager le débit disponible.
Un troisième type de moyens de communication a une couverture qui n'est ni ponctuelle ni étendue à une zone relativement vaste dans ses deux dimensions. Il s'agit de moyens dont la couverture est en quelque sorte linéaire, de façon à couvrir une section de voie ferrée ou de route. Les moyens mis en oeuvre peuvent être un câble rayonnant, un guide d'ondes à pertes, voire, dans le cas du chemin de fer, les rails mais la transmission est alors unidirectionnelle.
Les inconvénients des transmissions ponctuelles ont longtemps été leur caractère unidirectionnel. Des progrès récents permettent d'assurer des transmissions bidirectionnelles à débit élevé et pour un coût faible. Il leur reste les inconvénients propres à l'étroitesse de la zone couverte. Tout d'abord l'impossibilité d'établir une relation avec un mobile arrêté en dehors d'une zone couverte. Ceci est particulièrement gênant s'il s'agit d'envoyer à un train arrêté l'autorisation de reprendre sa marche, car la précision d'arrêt permet difficilement à un mécanicien de s'arrêter dans la zone de couverture d'une balise, même si celle-ci est indiquée. En deuxième lieu, la difficulté de faire parvenir à un mobile en train de s'arrêter l'autorisation de reprendre sa vitesse, de manière à fluidifier le trafic et à économiser l'énergie, sauf à multiplier le nombre des balises ponctuelles. En troisième lieu, le débit globalement disponible pour assurer la transmission avec un mobile est proportionnel non seulement au débit de la liaison lorsqu'elle est établie mais aussi à la proportion du temps où elle l'est, c'est-à-dire au rapport entre la longueur de la zone couverte par une liaison ponctuelle et l'espacement entre zones couvertes successives. En quatrième lieu, même sile débit moyen est suffisant, son caractère discontinu dans le temps impose pour un service comme le téléphone, demandant a priori la continuité, un stockage temporaire, donc un temps de réponse apparent élevé.
Les inconvénients des transmissions à couverture étendue sont essentiellement de deux ordres. En premier lieu, l'obligation de partager entre l'ensemble des mobiles desservis par la même liaison un débit global limité par l'étroitesse des bandes de fréguences disponibles fait que le débit disponible par mobile est en général très limité.
En deuxième lieu, la présence d'obstacles à la propagation (feuillage, tranchées, tunnels) ou d'obstacles provoguant des chemins multiples (collines, bâtiment) amène à accepter que certaines zones soient mal ou pas du tout couvertes ou amène, pour assurer leur couverture, à mettre en oeuvre des moyens de répétition coûteux. Un troisième inconvénient affecte certains mobiles particulièrement rapides utilisant une transmission radio avec un débit de modulation élevé et certains procédés de modulation; il s'agit de l'effet Doppler qui peut interdire des liaisons numériques avec des mobiles trop rapides.
Les inconvénients des transmissions à couverture linéaire sont, en ce qui concerne les transmissions par les rails, leur caractère unidirectionnel et leur très faible débit, en ce qui concerne les câbles rayonnants leur coût et leur domaine de fréquences encore limité (il est difficile aujourd'hui de monter très au-delà de 1 GHz) pouvant interdire de transposer sur cette antenne particulière qu'est le câble une transmission à l'air libre (répétition en tunnel de liaisons avec des satellites, par exemple), et en ce qui concerne les guides d'ondes à fentes, leur coût.
La présente invention a pour but de permettre des transmission entre le sol et des mobiles avec un débit d'information élevé avec chaque mobile, une couverture dans certains cas continue et pour un coût modéré.
L'objet de l'invention est un système de transmission sol-mobile, utilisant des balises de transmissions hyperfréquences du type de celles qui servent habituellement à assurer des transmissions ponctuelles, caractérisé en ce que la couverture est étendue dans le sens du déplacement du véhicule, en équipant celui-ci d'une antenne ou d'un autre dispositif rayonnant dont la couverture dans le sens du déplacement est très supérieure à sa valeur dans la direction transverse au déplacement et peut même, si elle atteint ou dépasse la distance séparant des balises successives, permettre une liaison continue au cours du déplacement du véhicule.
Un autre objet de l'invention est un système de transmission entre les diverses balises se trouvant sur le parcours d'un véhicule qui soit particulièrement adapté au système de transmission sol-mobile envisagé et assure dans les meilleures conditions le partage des ressources de transmission disponibles et l'acheminement des informations entre un Centre Nodal de Transmissions et les balises ponctuelles successivement couvertes par l'antenne d'un véhicule.
En résumé, l'invention concerne un système dans lequel les rôles qui, dans l'état de l'art des transmissions à couverture linéaire, sont respectivement dévolus au sol et aux mobiles sont inversés. C'est le sol qui porte, à intervalles plus ou moins réguliers, des balises assez simples (reliées entre elles par un réseau de transmission qui constitue le deuxième objet de l'invention) et c'est le mobile qui porte un émetteurrécepteur complexe, relié à une antenne de grande dimension, telle qu'un câble rayonnant ou un guide d'ondes à fentes placé par exemple sur toute la longueur d'un train, et qui, à travers cette antenne, est en contact permanent avec au moins une balise ponctuelle d'un ensemble, si la distance entre balises est inférieure ou égale à la longueur de l'antenne, ou qui, si cette distance est supérieure à la longueur de l'antenne, assure une liaison qui, sans être continue, existe sur une proportion du chemin parcouru suffisante pour permettre un débit moyen élevé entre le mobile et le sol. Parce qu'une balise n'est en contact qu'avec au plus un mobile à la fois, le débit assuré à un mobile ne l'est pas au détriment de celui assuré à un autre mobile, pour autant que le réseau terrestre reliant les balises n'introduise pas de limitation.
L'invention sera mieux comprise à la lecture d'un procédé de réalisation préférentiel et de certaines variantes de ce procédé, qui n'est indiqué que pour illustrer l'invention et qui n'en restreint en aucune façon la portée, celle-ci pouvant être réalisée selon tout autre procédé équivalent qui apparaîtra approprié à l'homme de l'art.
Les caractéristiques ci-dessus, ainsi que d'autres caractéristiques et avantages secondaires, apparaîtront de façon plus détaillée dans la description ci-après d'une forme de réalisation, faite en référence aux planches en annexe, sur lesquelles :
la figure 1 représente schématiquement une section de ligne ferroviaire équipée de balises et d'un réseau de transmission les reliant à un centre nodal de transmissions, parcourue par une rame équipée d'un lecteur relié à une antenne répartie selon l'invention ;
- la figure 2 donne le détail d'un guide d'ondes à fentes équipant une rame et servant d'antenne répartie selon l'invention ;
- la figure 3 donne le détail d'un mode de fixation du guide d'ondes à fentes sous la caisse de la motrice et/ou des éléments de la rame ;
- les figures 4a, 4b et 4c donnent le détail de trois modes possibles de couplage entre guides d'ondes se trouvant sur des véhicules adjacents dans la rame ;
- la figure 5 donne un agencement de l'antenneguide d'ondes en deux ensembles couvrant chacun une moitié de la rame et permettant d'assurer harmonieusement la transition entre une balise et la suivante, dans le cas d'une transmission continue;
- la figure 6 décrit l'architecture d'un réseau reliant entre eux et à un centre nodal de transmissions les noeuds auxquels sont raccordées les balises et éventuellement d'autres équipements répartis, tels que des contrôleurs d'aiguilles ;
- la figure 7 représente la structure d'un noeud.
Le mobile, qui dans le cas pris pour exemple est une rame, est équipé d'un "lecteur" tel qu'en proposent, essentiellement pour des applications de péage mains libres ou d'identification de conteneurs, les sociétés CGA-HBS
(système Hamlet), Philips (système Premid), Marconi
(système Telepass) ou Amtech. Ce "lecteur" est couplé à une antenne placée sous le mobile.
On notera que l'on appelle "lecteur", dans le cadre de la présente invention, un organe fonctionnant à l'alternat, en remplissant les fonctions suivantes :
Pour transmettre dans le sens train-sol, il module une porteuse, généralement en amplitude. Pour lire le contenu du message en attente de lecture dans la balise équipant la ligne ferroviaire et destiné au train, il illumine la balise avec une onde hyperfréquences non modulée. La balise en réfléchit une partie, en modulant l'onde réfléchie en amplitude (mise en court-circuit de l'antenne modulée par le contenu d'une mémoire telle qu'un registre à décalage), en fréquence ou parfois en phase, ou par tout autre procédé.
Les débits de tels lecteurs sont typiquement de l'ordre de 500kbit/s et peuvent atteindre IMbit/s mais le débit bi-directionnel n'est que de la moitié dans la mesure où la réponse de la balise, qui exige une illumination non modulée, ne peut se faire en même temps que l'envoi d'un message à la balise. Certains systèmes ont un débit plus limité mais essentiellement afin de diminuer l'énergie consommée par la balise, ce qui est une considération de moins d'importance avec le système de transmission de l'invention, dans lequel une téléalimentation des balises à travers le système terrestre de transmission sera le plus souvent possible.
Si l'on se reporte à la figure 1, on voit que l'on a représenté deux voies V1 et V2, comportant chacune deux rails tels que r1 et r2. Des balises, telles que b, comportant une antenne sont placées dans les voies entre deux traverses t ou sur une traverse. Le lecteur L, porté par le mobile, est couplé au guide d'ondes placé sous le mobile. Dans un premier temps, on supposera que le mobile est une locomotive d'une longueur de 12m, remorquant un train de marchandises. On supposera que l'antenne du mobile est un guide d'ondes à fentes G. 0. situé sous la caisse du mobile, dans l'axe longitudinal, et que sa couverture est de 15m (soit 1,5m de plus, de part et d'autre, que la longueur du guide). C'est-à-dire que l'on supposera que, lorsque le mobile se déplace, la liaison avec une balise ponctuelle b au-dessus de laquelle il passe est possible sur 15m de son parcours.
En supposant que la précision d'arrêt du train par le mécanicien est de +/-5m, on voit que l'antenne de 15m de couverture lui permet d'arrêter son train au-dessus de l'antenne de façon à être sûr de pouvoir recevoir l'autorisation de reprendre sa marche. En supposant qu'une antenne "ponctuelle" ordinaire, placée sous la caisse de la locomotive ne permet un échange de données que sur une distance de 1,5m de part et d'autre de l'emplacement de la balise, on voit que l'antenne de 15m de couverture autorise l'échange d'un volume de données 5 fois plus important. En supposant que la distance séparant deux balises successives est de 1 = 200m et que le débit moyen dans la zone de couverture est de 256kbit/s, on voit que le débit moyen accessible à un train roulant à vitesse constante est 19,2kbit/s, quelle que soit cette vitesse. En supposant qu'une conversation téléphonique requière un débit de 16kbit/s, on voit qu'il est possible au mécanicien de s'entretenir avec un régulateur au sol, moyennant l'acceptation d'un retard dans la transmission de la parole égal au temps nécessaire pour parcourir la zone non couverte entre deux balises. Pour une vitesse de circulation de 100km/h, ce délai est de 6,6 secondes.
Supposons maintenant que le mobile soit non plus une locomotive remorquant un train de marchandises mais une rame automotrice. On prendra l'exemple d'un TGV-Atlantique, dont la longueur est de 1'=1+∈=220m. Nous supposerons que l'antenne est réalisée sous la forme d'un guide d'ondes à fentes courant sous l'ensemble de la longueur du train et couvrant de ce fait une distance légèrement supérieure à 220m, donc à l'espacement entre deux balises, toujours supposé égal à 200m. Dans ces conditions, le train est en permanence au-dessus d'une balise au moins, et parfois de deux. On verra plus loin comment sont évitées les interférences potentielles entre deux balises couvertes simultanément. En conservant les valeurs numérigues précédentes, on voit que le train est non seulement couvert en permanence, mais qu'il dispose en permanence d'un débit de 256kbit/s. Ce débit permet d'écouler de l'ordre de 15 communications téléphoniques, sans délai de transmission notable, et/ou un important volume de données, servant à l'exploitation ferroviaire ou permettant d'offrir des services feroviaires aux voyageurs (horaires, réservations) voire de leur offrir des services de bureautique mobile
(connexion à des bases de données, transmission de télécopies, etc.). On peut aussi remarquer que, lorsque la rame est constituée de deux éléments, de 220m chacun, chacun de ces éléments peut bénéficier de la capacité de transmission indiquée, sans qu'il doive partager avec l'autre élément ou avec d'autres trains autre chose que l'utilisation du réseau terrestre qui relie les balises au
Centre Nodal de Transmissions.
Les diverses balises sont reliées à des noeuds, tels que Ni, Nj, Nk, eux-mêmes espacés de 200m. Ces noeuds sont, à leur tour, en liaison avec un Central Nodal de Transmissions, tel que CNT d'une part, et peuvent d'autre part être reliés à une installation ferroviaire fixe telle que IF, commandant par exemple un moteur d'aiguille.
Si l'on se reporte maintenant à la figure 2, on voit une forme de réalisation de l'antenne du mobile. La réalisation de cette antenne s'appuie sur l'utilisation d'un guide d'ondes à fentes GO tel que celui utilisé dans le système IAGO de liaisons sol-trains développé par la société GEC-ALSTHOM, décrit notamment dans le brevet français 2 608 119 en date du 12.12.86 (mais, dans ce système, le guide d'ondes est posé dans la voie et le train dispose d'une antenne ponctuelle reliée à un émetteurrécepteur hyperfréguence traditionnel). Pour une fréquence de 2, 45GHz le guide d'ondes se présente sous la forme d'un tube rectangulaire en aluminium extrudé, dont les dimensions sont de l'ordre de 10,5cm × 5,5cm, percé de fentes f perpendiculaires à la voie, espacées de l'ordre de 4,5cm.
Si l'on se reporte à la figure 3, on voit le détail d'un mode de fixation du guide d'ondes à fentes sous la caisse de la motrice et des éléments de la rame, qui assure à la fois la fixation et la protection du guide d'ondes. A cet effet, le guide d'ondes 1 est protégé des projections de ballast par un feuillard d'acier 2 percé de fentes 3 de façon à ne pas masquer les fentes 4 du tube en aluminium et qui assure la fixation du tube sous la caisse 5 par l'intermédiaire de boulons 6, par exemple, vissés dans la caisse 5. Les bords des fentes du feuillard sont taillés en biseau, ainsi qu'il est représenté sur la figure 3. A la fréquence citée de 2,45GHz, l'affaiblissement présenté par le guide, avec ses fentes, est de l'ordre de 18dB/km, soit 4dB sur la longueur du train, et 2dB seulement si le lecteur est placé au milieu du train et alimente deux demi-guides d'une longueur de 110m chacun.
Le guide placé sous la caisse de la motrice ou d'une remorque est rigide. Or la rame indéformable est articulée autour de rotules habituellement situées juste en dessous des intercirculations permettant aux voyageurs de passer d'une remorque dans l'autre. Plusieurs solutions peuvent être utilisées pour assurer le raccordement des guides d'ondes de remorques voisines.
On a résumé sur les figures 4a, 4b et 4c, trois des solutions possibles de raccordement.
La première de ces solutions représentée sur la figure 4a, consiste à utiliser dans la zone de raccordement un guide d'ondes souple comme on en rencontre dans certaines installations de radar. Ce raccordement se compose d'une partie souple, éventuellement constituée de deux parties souples s1 et s2 séparables, reliées respectivement aux guides ondes GO1 et GO2.
La seconde de ces solutions, représentée sur la figure 4b, consiste à connecter les deux guides d'ondes adjacents GO1 et GO2 par l'intermédiaire d'un câble coaxial
Cx éventuellement séparable en deux parties, dont les extrémités rejoignent l'intérieur des guides d'ondes et assurent la continuité par l'intermédiaire des dipôles d1 et d2. Le passage d'une transmission par guide d'ondes à une transmission par coaxial ou inversement ne perd qu'environ 0,1dB. L'affaiblissement du coaxial lui-même est de l'ordre de 1dB/m, si bien que la traversée de 11 séparations entre remorques (cas extrême où le lecteur est placé dans une des motrices) ne prend encore qu'un peu plus d'une dizaine de dB. Afin de protéger le coaxial contre les projections de ballast, il est avantageusement placé dans une gaine telle que les boyaux assurant, sur les trains classiques, les connexions pneumatiques ; sa protection peut être renforcée par une plaque de tôle.
La troisième solution, représentée sur la figure
4c, peut être utilisée sur une rame articulée comme le TGV, dans laquelle les mouvements relatifs de remorques voisines limitent le débattement d'un guide par rapport à son voisin. Cette solution consiste à les positionner autant en regard l'un de l'autre gue possible, de façon que l'un capte la presque totalité du rayonnement qui s'échappe de l'autre. A cet effet, chacune des extrémités en regard des guides d'ondes GO1 et GO2 est prolongée par un élément en aluminium présentant la forme d'un tronc de pyramide, dont la petite base correspond à la section des guides d'ondes et dont la grande base est homothétique de celle-ci. Compte tenu du faible débattement entre les deux extrémités des guides d'ondes, la perte de rayonnement est effectivement réduite.
Le brevet cité en référence indique comment il est possible d'utiliser un guide d'ondes à fentes pour mesurer en sécurité la vitesse. Cette mesure s'appuie sur l'injection d'une fréquence telle qu'entre deux fentes successives l'onde se déplace d'environ une demi longueur d'onde. Dans ce cas, une antenne située à une faible distance du guide détecte des noeuds et des ventres d'amplitude dont le décompte lui permet de connaître l'espace parcouru (et dont le quotient de ce décompte par le temps lui permet de connaître la vitesse). Cette possibilité peut être exploitée par le lecteur. Si, en sus de la fréquence voisine de 2,45GHz utilisée pour la transmission, il injecte une fréquence voisine de 2,7GHz, le signal qui lui est retourné est modulé au pas des fentes.
Lorsque le train est dans une position telle qu'il couvre deux balises à la fois, l'une sur son avant et l'autre sur son arrière, il n'y a pas d'interférence radioélectrique dans le sens train-sol (encore que l'information étant reçue par deux balises distinctes, il soit plus économique qu'une seule la fasse parvenir au centre nodal de transmissions). En revanche, si le lecteur illumine d'une même fréquence non modulée deux balises et que celles-ci modulent l'onde réfléchie, il est très possible que les deux ondes reçues par le mobile interfèrent et ne rendent difficile la bonne réception de l'information (encore qu'il soit possible, si le lecteur se trouve à une extrémité du train, qu'il y ait capture de l'onde la plus affaiblie, ayant parcouru deux fois la longueur du train, par celle, moins affaiblie, qui n'a parcouru que quelques mètres dans le train).
Plusieurs méthodes peuvent être utilisées, qui permettent de s'affranchir de ces perturbations.
Une forme de réalisation est l'objet de la figure 5.
Une première méthode consisterait à utiliser deux lecteurs L1 et L2, qui émettent sur des longueurs d'ondes légèrement différentes, si bien que les signaux à diverses fréquences puissent coexister sans que leur réception s'en trouve perturbée. Ces lecteurs seraient embarqués en 3, correspondant à la partie médiane du train. Une autre consisterait en ce que le lecteur soit situé au milieu du train en 3 et puisse émettre au choix à travers l'un ou l'autre des deux guides G1 et G2 parcourant chacun la moitié du train. L'émission d'un court message et la mesure de la qualité de la réponse de l'un et de l'autre permettent au lecteur de choisir l'une des deux balises
(et, en lui faisant savoir qu'elle est choisie, d'obtenir d'elle qu'elle se fasse adresser par le centre nodal de transmissions les messages destinés à ce train).
La méthode que l'on préfère est toutefois une autre méthode encore. Elle consiste à émettre en permanence sur deux fréquences proches de 2,7GHz mais distinctes, de façon à obtenir de l'une d'elles au moins, parce que la moitié du guide dans laquelle elle est envoyée couvre une balise, une mesure continue de la vitesse. Il s'agit tantôt de la première balise, tantôt de la seconde, avec un recouvrement pendant lequel deux balises sont couvertes et peuvent l'une et l'autre fournir la vitesse en sécurité. Le constat de la réponse d'une nouvelle balise (et une mesure de qualité associée) permet de décider à quel moment utiliser l'un ou l'autre des deux guides d'ondes pour écouler les transmissions.
On se rend compte que la nature intensive mais sporadique du débit d'une balise, la répartition des balises tout au long d'une ligne, à des intervalles qui permettent de l'une à l'autre une transmission à débit élevé en bande de base, le fait que deux trains se succédant sur une voie donnée sont en général espacés d'une distance qui est souvent supérieure à 2 kilomètres, ou en d'autres termes qu'un seul train se trouve sur une certaine section de ligne, le désir d'éviter qu'une rupture d'une ligne de transmission se traduise par l'impossibilité de communiquer avec les trains se trouvant sur une certaine section de ligne, le nombre relativement élevé des balises qui fait souhaiter que les noeuds de communication auxquels elles sont rattachées aient une structure simple, le fait que ces noeuds peuvent aussi être reliés avantageusement à des installations fixes telles que des contrôleurs d'aiguille ou systèmes d'annonces aux passages à niveau, sont autant de caractères spécifiques aux transmissions devant relier les balises au centre nodal de transmissions.
Pour ces raisons, le systèmes de communications sol-trains selon l'invention est avantageusement complété d'un système adapté et spécifigue de gestion des communications terrestres qui est en quelque sorte le garant des performances et de son économie.
On reviendra plus en détail sur ce qui a été dit ci-dessus, à partir d'une forme de réalisation, présentée en référence aux figures 6 et 7.
Une transmission hyperfréquences à courte portée peut donc être le maillon "saut sol-train" d'un réseau de communications entre un centre de transmission et l'ensemble des trains parcourant une ligne. Pour que ce réseau soit globalement intéressant, encore faut-il que le réseau terrestre de raccordement des balises hyperfréquences offre un niveau de performances compatible avec celui des balises, une disponibilité élevée et un coût modéré. Il faut de plus qu'il soit capable de prendre en charge les autres transmissions intéressant des points fixes situés sur la voie ou à son voisinage : stations fixes de la radio sol-trains, moteurs et contrôleurs d'aiguille, systèmes de gestion des passages à niveau, éventuellement bornes d'accès téléphonigue, etc.
On décrira ci-après les grandes lignes d'une solution possible, basée sur un raccordement en boucle de noeuds rapprochés mais rudimentaires, avec une gestion dynamique d'une capacité qui grâce à cela peut demeurer globalement faible.
On abordera successivement :
1 - l'aspect système,
2 - la résistance aux défaillances, ou processus de reconfiguration,
3 - la gestion des transmissions,
4 - le format de la trame,
5 - l'architecture du noeud. 1 - En ce qui concerng l 'aspct système , on fera tout d'abord quelques hypothèses sur les balises et leur implantation :
On supposera que le débit de la liaison souhaitable entre une balise et ce que l'on appelera le Centre Nodal de Transmissions (CNT) est de l'ordre de 250kbit/s, full-duplex. Ce chiffre suppose une transmission sol-trains d'un débit supérieur à 500kbit/s, car cette transmission se fait obligatoirement à l'alternat. Le débit doit être supérieur au double du débit de la liaison avec le CNT parce qu'il faut tenir compte de l'échange de données de service entre train et balise, des temps de retournement, de temps morts liés à la détermination par le train de la balise à utiliser lorsqu'il se trouve au-dessus de deux balises simultanément (quoique l'emploi de deux lecteurs ou d'une deuxième fréquence servant par exemple à une mesure de vitesse en sécurité permette d'assurer cette détermination en temps masqué). Les bandes passantes disponibles autorisent facilement ce débit. La considération qui le limite parfois, à savoir l'économie d'une pile censée durer plusieurs années, ne doit sans doute pas jouer si l'on téléalimente les balises par le réseau de raccordement.
On supposera que l'espacement de deux balises consécutives sur la même voie est de 200m. Bien sûr, il n'a pas à être aussi court sur toutes les lignes, mais 200m est l'espacement maximum permettant d'assurer la continuité de la couverture à une rame TGV de 200m et donc d'offrir des services qui pour avoir une qualité commerciale demandent cette continuité, comme le téléphone.
Avec ces valeurs, on se rend compte que le réseau de raccordement nécessaire doit répondre à des caractéristiques tout à fait inhabituelles :
- un très grand nombre de balises à desservir, réparties linéairement et à très faible distance les unes des autres,
- une très faible proportion de ces balises à être à un moment donné en contact avec un train (pour un espacement moyen entre TGV de 20km, proportion de 2% s'il s'agit de rames doubles, 1% si elles sont simples ; pour des locomotives espacées de 3 km et ayant une couverture de
15m, proportion de 0,5%),
- une grande vitesse de déformation du "pattern" du trafic (pour un TGV circulant à 360km/h, le contact avec une balise ne dure que 2 s ; pour une locomotive roulant à
110km/h et dont le guide d'ondes assure une couverture de
15m, ce contact ne dure que 0,5s),
- pour les balises en contact avec un train, un débit instantané qui peut être très élevé, mais qui n'est sans doute pas le même pour toutes,
- un grand souci de disponibilité, dans la mesure où le réseau doit être un outil du contrôle-commande des circulations.
La prise en compte de ces particularités amène à imaginer un réseau dont les caractéristiques sont les suivantes :
- un noeud tous les 200m,
- une liaison MICTN1, à 2,048Mbit/s,
- une liaison en double anneau entre deux Centres Nodaux de Transmission,
- un adressage direct des trains, conduisant à une structure de noeuds simple.
a) noeuds espacés de 200 m
Si les balises d'une même voie sont espacées de
200m (il est bien entendu qu'il faudra aussi envisager le cas où l'espacement est plus grand), on peut envisager plusieurs espacement pour les noeuds :
- 100m pour une ligne à double voie, à condition de les disposer et de les relier en quinconce,
- 200m pour une ligne quelconque, sachant que, s'il y a plus d'une voie, un noeud devra raccorder plusieurs balises,
- plus de 200m (par exemple 400, si l'on dispose un noeud à mi-distance de deux groupes de balises, soit à 100m de chaque, ou 600, si on dispose un noeud à côté d'un groupe de balises et lui confie le raccordement des deux groupes situés à 200m).
Il semble qu'il ne faut pas retenir 100 m, car une solution doit être générale.
II semble qu'il ne faut pas retenir 400m ou davantage, car le câblage risque de devenir complexe, la disponibilité mauvaise pour un groupe entier de balises et qu'un émetteur-récepteur à débit élevé de portée 400m, plus de 4 émetteurs-récepteurs à débit plus faible et portée 100m, risquent de coûter plus cher que deux émetteursrécepteurs à débit plus élevé et portée 200m plus une logique de noeud supplémentaire.
On retiendra donc l'hypothèse d'un noeud tous les
200m. Chaque noeud doit gérer 1 balise (sur voie unique), 2 (sur double voie) voire davantage sur certaines lignes ou en zone de gare. Il doit en outre gérer le raccordement d'équipements fixes voisins (stations fixes de la radio sol-trains, contrôleurs d'aiguille s'ils sont gérés par
IPOCAMPE, passages à niveau, etc.).
b ) l i a i son MIC TN1 à 2 , 048Mbi t/s
Un choix important concerne le support, à savoir fibre optique ou cuivre. La fibre optique présente l'avantage d'une totale insensibilité aux perturbations et celui d'une capacité élevée. Elle présente l'inconvénient qu'il n'y en a à l'heure actuelle que sur un kilométrage de ligne relativement faible quoi que croissant, alors que le cuivre est répandu. Elle présente aussi l'inconvénient que ses performances en matière de transmission supposent en pratique des noeuds puissants et qui risquent donc d'être coûteux.
Si l'on vise à utiliser un support de cuivre banal, la quarte d'un diamètre de 0,4mm, on se condamne en pratique au niveau le plus bas des liaisons MIC, la liaison
TN1 offrant un débit de 2,048Mbit/s.
Il faut toutefois observer que la norme PTT d'un pas de 1 800m entre répéteurs MIC sur quarte de cuivre de
0,4mm offre sans doute une solution économique pour les lignes où on ne désirerait pas offrir une transmission continue.
On peut penser que le coût d'un répéteur HDB3
(deux circuits intégrés et une bobine accordée) constitue une limite maximum à ce que sera le coût d'une transmission au même débit sur une longueur limitée à 200m.
2,048Mbit/s permettraient, sous réserve d'une gestion efficace de la capacité, le raccordement d'environ
7 rames TGV qui feraient simultanément usage de la totalité de la capacité de 250kbit/s que l'on a supposé autorisée à chacune (ou moins, si certaines de ces rames sont à éléments multiples). Pour un espacement moyen de 20km, une liaison MIC permettrait la gestion en temps normal de 70km environ. On verra plus loin qu'il paraît intéressant d'espacer alors du double les CNT (150km environ), une défaillance se traduisant par le fait que l'un d'eux n'ait plus à gérer qu'une partie de sa charge antérieure, mais son voisin prenant en charge les balises qu'il ne peut plus joindre. Dans ces conditions, une coupure de liaison se traduirait au pire par une divison par deux de la capacité que l'on peut octroyer à un train.
La discussion ci-dessus montre qu'une liaison TN1, à la condition d'être gérée dynamiquement, permet la gestion de quelques dizaines de km. C'est a priori une valeur acceptable. Surtout, les limitations sont faciles à repousser, si les débits individuels augmentent, si l'espacement des trains est réduit ou si l'on désire gérer des sections de ligne plus longues : il suffit de relier directement par une liaison MIC classigue des sous-sections de la section de ligne à gérer. On admettra donc que la transmission se fait au débit de 2,018Mbit/s.
C) liaison en anneau (figure 6)
Un débit global aussi faible ne peut être partagé efficacement entre des noeuds susceptibles chacun d' "appeler" un débit aussi important que si la totalité de l'information est accessible dans chaque noeud. D'où le choix d'une structure en anneau, dans laquelle chaque noeud retransmet vers son voisin la totalité de l'information qu'il a reçue, éventuellement modifiée de ce que lui-même en a extrait ou y a ajouté.
Il faut bien, d'une façon ou de l'autre, que l'anneau soit bouclé pour que le CNT gère aussi bien l'émission que la réception. Le plus simple est que le chemin du retour soit le même que celui de l'aller, c'est- à-dire que la topologie soit celle d'une boucle n'empruntant qu'une seule ligne à l'aller et au retour.
Il n'est pas nécessaire, du strict point de vue des traitements logiques, que l'information repasse au retour dans chacun des noeuds traversés à l'aller. C'est toutefois intéressant du point de vue de la transmission et de celui de la reconfiguration.
Du point de vue des transmissions, on pourrait certes envisager un retour avec des "bottes de sept lieues", avec par exemple un pas de répétition de 1 800m et en sautant donc 8 noeuds à chaque fois. Toutefois, ceci conduit à une solution bien dissymétrique. De plus, les seuls points où une reconfiguration serait possible sont ceux où les deux sens de transmission sont disponibles. Ceci impliquerait qu'une défaillance pourrait rendre "aveugle" une partie relativement importante d'une ligne. Ceci ne paraît pas acceptable.
On admettra donc que chaque noeud n3 est relié, dans les deux sens de transmission, à chacun de ses deux voisins ni et nk. En revanche, l'information ne sera traitée que dans un seul sens ; l'autre se limitera à assurer la fonction de répétition et de reconfiguration.
S'il paraît a priori coûteux de sécuriser chaque balise et même chaque noeud, parce que les conséquences d'une défaillance aussi locale sont a priori peu importantes, il n'en va pas de même de la protection contre les coupures de la liaison. Or de telles coupures ne manqueront pas de se produire.
II semble insuffisamment efficace de rechercher une sécurisation par une autre liaison empruntant le même itinéraire, car le secours peut être vulnérable au même événement que celui qui affecte la liaison normale. Il semble quasiment impossible et en tous cas ruineux d'assurer chaque noeud par une liaison empruntant un autre itinéraire que la ligne, une liaison PTT par exemple... .
La bonne solution semble de secourir une liaison par celle qui la prolonge, en d'autres termes, d'attaquer une ligne par les deux bouts, chacun étant raccordé à un
Centre Nodal de Transmissions. Ceci ne signifie pas que, en exploitation normale, chacun doive intervenir dans le raccordement d'un noeud donné mais seulement qu'il doit être possible, en cas de rupture de la liaison, de raccorder à un CNT l'ensemble des noeuds se trouvant du même côté que lui de la coupure.
d ) adressage direct des trains
La structure logique du réseau amène à distinguer plusieurs niveaux :
- le Centre Nodal de Transmissions (CNT), responsable de la gestion d'une ligne et des raccordements à d'autres réseaux ou serveurs,
- le "noeud", étape sur la liaison terrestre, responsable local de la transmission, de la reconfiguration et de l'extraction ou insertion d'informations dans la boucle,
- la "balise", en entendant sous ce vocable le contrôleur qui la gère,
- le "train", destinataire final des échanges (on suppose qu'il assure les fonctions de passerelle avec les vrais destinataires finaux que sont les systèmes embarqués ou le téléphone).
Vu la rapidité des reconfigurations de trafic demandées lorsqu'un train passe d'une balise à sa voisine, et vu le désir de limiter l'overhead, il paraît intéressant de rechercher une solution dans laquelle, pour "parler" à un train, le CNT ne s'adresse pas explicitement au noeud de raccordement du moment, ni même à la balise, mais directement au train, sans se soucier de savoir où il se trouve. De la sorte, le changement de balise d'un train ne concerne que le train lui-même, la balise qu'il quitte et celle sous laquelle il s'inscrit. Le "hand-over" ne concerne pas le CNT. Ceci diminue sa charge de travail et surtout accélère le processus et facilite la non- interruption d'un flux continu de données.
Ceci suppose que le train, par l'intermédiaire de son dialogue avec la balise, soit capable de disposer dans le noeud les informations permettant d'intercepter les informations qui lui sont destinées et de savoir quand et à quel endroit injecter des données fournies par le train.
Dans le même ordre d'idées, l'adressage du train par le CNT doit être aussi efficace que possible afin de limiter l'overhead. Vu le faible nombre de trains se trouvant à un moment donné sous la juridiction d'un CNT, ceci suggère de leur affecter de façon dynamique des numéros abrégés.
2 - En ce qui concerne la gestion des défaillances, on procédera à la reconfiguration du système ainsi qu'il est expliqué ci-après.
On a indiqué que la structure de raccordement la plus appropriée paraissant être celle d'un anneau replié sur lui-même dans lequel chaque noeud était traversé deux fois, une première fois donnant l'occasion d'un traitement logique et une deuxième fois au titre d'un simple répéteur de transmission.
On a indiqué également que la protection contre une rupture de la liaison amenait à envisager de raccorder l'ensemble des noeuds entre deux endroits assez éloignés d'une ligne (on supposera l2> = 200km) à deux CNT se trouvant aux deux extrémités, et à rechercher une sécurisation permettant de faire varier la limite des domaines de compétence de chacun.
On va maintenant examiner comment traduire ces principes, en se reportant aux figures 6 et 7.
Comme dans la description ci-après il sera souvent fait appel à la structure d'un noeud représentée sur la figure 7, on a rassemblé ci-dessous la signification des différents organes désignés par des lettres. EG : entrée gauche GB : GGestionnaire de boucles
ED : Entrée droite E : Entrée
SG : Sortie gauche S : Sortie
SD : Sortie droite El :
Extracteur/Injecteur
BD : Bus de données BA : Bus d'adresses
BT : Base de temps FGD : Fifo de gestion dynamique
Pd : Porte dynamique Ps : Porte statique
C1 : Comparateur C2 : Comparateur
NA : Numéro abrégé RS : Registre de sélection
R1, R'1: Registres R2, R'2: Registres
F1E : FiFo d'entrée F2E : FiFo d'entrée
F1S : FiFo de sortie F2S : FiFo de sortie
A : Attention ; DI : Data In ; DO : Data Out
ST : Synchronisation Trame : CO : Clock Out
FSV : FiFo sortie vide.
Tous les noeuds sont identiques . chacun dispose de 2 entrées EG et ED, de deux sorties SD et SG et d'une logique L. Il peut fonctionner dans 4 modes, en appelant L la partie logique :
1.EG vers L vers SD et ED vers SG: cas d'un noeud intermédiaire gauche nj.
2.EG vers L vers SG (ED et SD n'étant reliés à rien) : cas du dernier noeud à gauche nm.
3. ED vers L vers SD ( EG et SG n'étant reliés à rien) : cas du dernier noeud à droite (n+1)m,.
4.ED vers L vers SG et EG vers SD : cas d'un noeud intermédiaire à droite (n+l)j'.
Sans trop anticiper sur la solution technique retenue, on supposera qu'elle fait appel à la transmission de trames fixes de δkbits (correspondant donc à une fréquence de 250 trames par seconde) On supposera aussi que chaque trame comporte un motif de synchronisation et peut comporter une zone véhiculant une commande (on verra plus loin que cette zone peut être les deux premiers octets de la zone ACS d'Affection de Capacité Statique).
Une perte de synchro sur plus de n trames (n=16?) met un noeud dans un mode de reconfiguration. Dans ce mode, il se met en transparence pure (c'est-à-dire que sa logique
L n'injecte aucun bit). Dans ce mode de transparence, il bascule entre les modes 1 et 4, en restant pendant approximativement une durée de deux trames dans chaque, jusqu'à ce qu'il ait "accroché" la synchronisation trame.
On prendra le cas d'une initialisation complète et d'une liaison intacte. Le CNT2 n'émettra rien dans un premier temps. Le CNT1 émettra en continu une trame comportant seulement le motif de synchronisation et des 1 dans le reste de la trame. Les noeuds ayant retrouvé la synchronisation resteront dans le mode 1 où ils ont accroché, et ce de proche en proche en commençant par le noeud le plus voisin du CNT1. Si les noeuds non accrochés basculent entre le mode 1 et le mode 4 toutes les deux trames environ, on voit qu'il s'accrocheront sur le CNT1 à raison d'un peu plus d'un par trame (en moyenne, deux en
1,5 trame : au moment où un noeud s'accroche, son voisin immédiat a une chance sur deux d'être dans une phase où il s'accroche aussi, le voisin du voisin a donc une chance sur quatre, etc., c'est-à-dire qu'environ deux noeuds en moyenne s'accrochent simultanément ; le premier noeud à ne pas s'être accroché ne l'a pas fait parce qu'il était orienté dans le mauvais sens ; il a une chance sur deux de s'accrocher dès la prochaine trame et une chance sur deux d'attendre encore la suivante, mais, quand il s'accrochera, il y en aura en moyenne un autre à s'accrocher en même temps que lui). Si n1 est le nombre de noeuds que l'on désire gérer à partir du CNTx, on voit qu'au bout de n1 trames, on est quasiment sûr que le dernier noeud à gérer, que nous appellerons m, s'est accroché (si l'on attend plus longtemps, tous les noeuds entre le CNT1 et le CNT2 finiront par s'accrocher en mode 1 sur le CNT1 et le CNT2 recevra l'information émise par le CNT1 ; on pourrait aussi décider d'attendre cet instant). Avec une fréquence de 250 trames/s et un espacement . des noeuds de 200m, 100 km de ligne "s'accrocheront" en 1,5s.
Les noeuds ayant accroché la synchronisation reçoivent des 1 dans toute la partie de la trame qui n'est pas le motif de synchronisation. Ils en reçoivent donc en particulier dans les deux premiers octets de la zone ACS d'Affectation de Capacité Statique qui normalement désignent un noeud, par un numéro sur 12 bits, et une porte de ce noeud, par un numéro sur 4 bits. Le code qu'ils reçoivent dans cette zone, 65535, désigne normalement la porte 15 du noeud 4095 (qui ne doit pas exister). Il sera interprété comme donnant l'ordre de rester dans le mode de réinitialisation.
Le CNT1 va alors adresser au noeud m, nommément désigné, un ordre de passage dans le mode 2 (une Affectation de Capacité Statique définie par son numéro de noeud et, par exemple, le numéro de porte 15). Le CNT1 va alors recevoir, par la boucle enfin bouclée, la suite d'informations qu'il envoyait. La réinitialisation de la première boucle est terminée . Le CNT2 peut alors procéder de même, en envoyant le motif d'initialisation sur lequel, de proche en proche, tous les noeuds restant vont s'accrocher. Il n'y a en effet pas de concurrence à redouter du CNT1 puisque le noeud m est bouclé dans le mode 2. Lorsque tous les noeuds restant sont accrochés, le CNT2 peut donner au plus distant m' l'ordre de passer dans le mode 3 (une Affectation de Capacité Statique définie par son numéro de noeud et, par exemple, le numéro de porte 14). L'initialisation de la deuxième bouche est terminée.
En mode normal, c'est-à-dire hors du cas d'une rupture de la liaison ou de la défaillance d'un noeud, les CNT peuvent se mettre d'accord pour déplacer la frontière de leurs zones d'action respectives. Celui qui restreint sa zone d'action doit le faire le premier, en envoyant au nouveau dernier noeud le code de bouclage. On supposera que c'est le CNT1. Les noeuds abandonnés passent alors, à l'écoulement d'une temporisation, dans le mode de recherche de synchronisation si n2 est le nombre de noeuds à faire passer sous l'autorité du CNT2, celui-ci doit passer dans le mode de synchronisation pour une durée d'environ n2 trames (les autres noeuds n'ayant pas perdu leur synchronisation). Il peut alors envoyer l'ordre de bouclage sur le nouveau dernier noeud.
On constate que, au cours de ce processus de remaniement, certains noeuds n'ont pu ni recevoir ni émettre, tandis que d'autres continuaient à recevoir mais ne pouvaient émettre. C'est donc un processus qu'il vaut mieux éviter. Si on doit l'appliquer, mieux vaut le faire noeud par noeud, de façon à diminuer la durée de la perturbation (une dizaine de ms).
En cas de rupture d'une liaison, ou de défaillance d'un noeud, le processus à mettre en oeuvre est voisin du processus qui vient d'être indiqué. Le CNT ne recevant plus d'information en retour passe dans le mode de resynchronisâtion, puis essaye, de proche en proche, de reboucler sur les noeuds de plus en plus proches, jusqu'à ce que la boucle s'établisse. Il sait alors quel noeud a assuré le bouclage. Il en informe l'autre CNT, qui tente d'étendre sa juridiction jusgu'au voisin de ce noeud.
3. En ce qui concerne la gestion des transmissions, la description qui suit suppose que l'interface entre une balise et le noeud auquel elle est raccordée se fait, comme indiqué plus loin, grâce à un FIFO d'entrée F1E, un FIFO de sortie F1S, un fil de contrôle en entrée ("Attention") A et deux fils de contrôle en sortie
Synchro Trame et FIFO vide) ST et FSV. Elle comporte donc en principe 19 fils, qui peuvent être réduits à 12 si les fils de données sont multiplexes.
a) Cas d'un train bénéficiant. d'une numéro abrégé et couvert par une balise
Soit une balise couverte depuis un certain temps déjà par un train. Le noeud connaît (depuis un certain temps) le numéro abrégé du train, qu'il a affecté à la porte à travers laquelle la balise est connectée.
Au début de chaque trame (toutes les 4 ms), le noeud écrit dans le FIFO de sortie F1S le numéro de la nouvelle trame et émet un signal sur le fil de Synchro
Trame ST. Lorsqu'elle reçoit ce signal, la balise sait que les octets destinés au train dans la trame i-1 se trouvent dans le FIFO de sortie F1S, terminés par l'octet supplémentaire donnant le numéro de la nouvelle trame. Le nombre des octets de données reçus par un noeud au cours d'une trame est toujours égal au nombre des octets transmis par le noeud dans cette même trame. Il est donc connu de la balise, qui a dû noter ce nombre lors de la trame précédente. La balise peut "prendre de l'avance" dans la lecture des octets de données, en testant la vacuité du FIFO.
La balise est à même de transmettre au train, lorsqu'il l'interrogera, les octets de données reçus. Elle doit aussi indiquer au train le numéro de la nouvelle trame, ce qui l'aide à garder la synchronisation, qui n'a besoin d'être qu'approximative.
C'est la responsabilité de la balise d'avoir alimenté à temps le FIFO d'entrée F1E avec (au moins) le nombre d'octets à transmettre dans la nouvelle trame i, et c'est donc la responsabilité du train de les lui avoir fournis à temps. La balise reçoit l'indication du nombre d'octets à transmettre (et les octets de données correspondants) de la part du train. Ce nombre sera le plus souvent le même d'une trame à l'autre, mais rien n'interdit qu'il varie, selon une loi connue du train. Les transmettre à temps signifie qu'ils doivent avoir été rangés dans le FIFO d'entrée F1E avant gue le noeud ait l'occasion de les émettre. Comme la balise ne connaît pas ce moment, elle doit supposer que la transmission commence dès l'octet 64 de la trame, mais rien ne lui interdit de prendre de l'avance. Quand le FIFO d'entrée F1E est vide alors qu'il est sollicité pour fournir des octets de données, la transmission se fait en remplacement en recopiant les bits reçus de l'amont (ce comportement est utilisé dans le handover). b) cas d'un train couvrant une nouvelle balise alors qu'il a encore le contact avec la précédente
Si un train s'approche d'une nouvelle balise i, il entame un dialogue avec elle (mais jusqu'à un certain moment pas avec le CNT à travers cette balise). Une fois la qualité de la liaison satisfaisante, le train indique à la balise son numéro abrégé. Il lui indique aussi à partir de quelle trame n il désire effectuer le hand-over, c'est-àdire utiliser la nouvelle balise i pour ses échanges avec le CNT plutôt que la balise actuelle j. Il l'indique à la balise i mais ne se soucie pas de l'indiquer à la balise j.
Au cours de l'intervalle correspondant à la trame i-1, la balise rentre le numéro abrégé dans le FIFO d'entrée F1E. Puis elle envoie un signal sur le fil d'Attention A. Ceci provoque la lecture du numéro abrégé par le noeud, sa recopie dans le registre de sélection associé à la porte ainsi que dans le FIFO de sortie F1S. La balise a ainsi l'occasion de vérifier que le numéro abrégé a été correctement reçu et, dans le cas contraire, de le transmettre à nouveau.
Le train transmet à la balise i les données à envoyer dans la trame n. La balise les entre dans le FIFO d'entrée F1E qui la raccorde à son noeud. Au cours de la transmission de cette trame n, c'est encore à partir de la balise j que le train doit lire les données qui lui étaient destinées dans la trame n-1.
Comme le train n'a envoyé à la balise j aucune donnée à transmettre dans la trame n, le FIFO d'entrée F1E de celle-ci ne peut fournir de données lorsque le mécanisme de sélection lui en donne l'occasion. La vacuité du FIFO d'entrée F1E provoque non seulement la non-émission et son remplacement par la retransmission transparente des octets reçus du noeud en amont mais aussi la désélection de la porte, c'est-à-dire la remise à 0 du registre de sélection associé à la porte à laquelle est connectée la balise j. Le noeud j est redevenu disponible pour un prochain train.
Il faut noter que tout underrun a les mêmes effets qu'une fin d'utilisation de balise. IL faut donc éviter le blocage qui résulterait de ce que le FIFO d'entrée F1E peut contenir la fin des données à transmettre, qui empêcherait la réinitialisation par le train ayant provoqué l'underrun ou l'initialisation par le train suivant. C'est pourquoi l'underrun doit provoquer, au début de la trame suivante, la purge du contenu éventuel du FIFO.
c ) Cas d' un train couvrant une nouvel le balise alors qu ' i l nétait p lus couvert mais possède un numéro abrégé
Lorsqu'un contact de qualité est établi avec la balise, le train lui transmet son numéro abrégé et l'indication de la trame à partir de laquelle il souhaite émettre (en principe, la suivante). Le noeud, connaissant le numéro abrégé mais n'ayant pas reçu dans la trame d'indication de capacité affectée au train, émet en fin de trame une demande d'affectation de capacité. Il se passera un certain nombre de trames avant que le CNT ait reçu cette demande, l'ait traitée et décidé d'une affectation et puisse l'indiquer dans une trame au départ. Jusqu'à ce moment, le noeud réémettra la demande d'affectation dans chaque trame. Lorsqu'il recevra une affectation, il saura que les octets correspondant dans la trame reçue sont à transmettre à la balise, le numéro de la trame sera pour le train l'indication implicite du nombre d'octets transmis et donc à renouveler. La liaison ne sera restée inactive que, en pratique, le temps physique de parcours de la boucle plus une durée de trame (ou deux ?).
Il est vraisemblable que les données transmises par le CNT à travers les deux dernières trames envoyées à la balise précédente n'ont pas pu être reçues par le train (à moins que celui-ci n'ait délibérément décidé de cesser d'émettre alors qu'il était encore bien couvert par cette balise). C'est la responsabilité de la procédure utilisée entre le CNT et le train (ou des processus de niveau plus élevé) d'assurer la reprise nécessaire. d) Cas d' un train couvrant une nouvel le balise a l ors qu ' i l ne dispose pas encore d 'un numéro abrégé
Un train ne disposant pas encore d'un numéro abrégé (parce qu'il arrive dans la zone couverte par le CNT sans annonce par le CNT qu'il a quitté ou parce qu'il sort d'une période d'inactivité) utilise comme numéro abrégé une valeur nulle. Ceci est détecté par le noeud lors du chargement du registre de sélection et provoque l'envoi par lui au CNT d'un message demandant l'affectation d'une capacité de multiplexage statique avec le train, défini non pas par le numéro abrégé qu'il n'a pas encore mais par le numéro du noeud et de la porte à laquelle la balise est raccordée.
Le lien ainsi établi l'est entre un processus d'adressage et d'affectation de capacité dans le CNT et un processus d'initialisation dans le train. Cet échange permet au train d'indiquer son numéro d'engin complet et ses désirs de capacité. En retour, dans la mesure où il dispose de numéros abrégés libres , le CNT indique au train le numéro abrégé qu'il doit utiliser et le débit affecté (combien de fois 32 octets par trame, ou dans chacune des 16 trames d'une multitrame si cette capacité n'est pas constante). Une fois terminé ce dialogue initial, le CNT rompt la liaison statique. La balise, après avoir constaté cette rupture par le fait qu'elle ne reçoit plus d'octet dans le FIFO de sortie F1S, initialise l'échange dynamique en plaçant dans le FIFO d'entrée F1E, le numéro abrégé du train et en envoyant au noeud le signal d'Attention par A.
La désaffectation d'un numéro abrégé est automatique, sur écoulement d'une temporisation sans transmission (de 5 minutes par exemple). Pour éviter une erreur d'interprétation, le CNT attend encore un certain délai avant de réaffecter le même numéro abrégé à un autre train.
Lorsqu'une transmission à capacité dynamique est établie, le train peut avoir à demander au CNT d'en modifier le débit (par exemple en raison de l'apparition de besoins nouveaux ou de leur disparition). Il doit le faire à travers le flux de données qu'il envoie au CNT, dont on suppose qu'un certain sous-ensemble est destiné à la gestion de la liaison. Le CNT peut de lui-même modifier le débit, soit en raison d'une modification des besoins, soit pour répartir la pénurie.
e) Raccordement des objets à capacité statique
Le raccordement des objets bénéficiant d'une capacité statique (station fixe de radio sol-trains ou contrôleur d'aiguille, par exemple) est assez semblable à celui des trains, à quelques différences près :
- le débit peut être rendu régulier par l'utilisation de FIFOs; comme il est relativement lent, les données peuvent être échangées sur une liaison série; deux fils suffisent, un par sens.
- la capacité étant fixe ne nécessite pas de fil de contrôle autre qu'une horloge, fournie par le noeud, et donnant le rythme bit,
- la capacité "fixe" peut cependant être modifiée par le CNT; l'intérêt est, par exemple, de tester à faible cadence le contrôleur d'une aiguille dont ne s'approche aucun train et d'augmenter la cadence lorsqu'un train s'approche (contrôle "impératif"); le noeud peut parfaitement être télécommandé et faire varier le rythme de l'horloge bit qu'il fournit à l'unité raccordée.
On peut même envisager une variation du débit statique commandée localement. Une application en serait des bornes d'accès téléphonique mises à la disposition d'agents de l'équipement (en principe, pas des mécaniciens, car l'arrêt d'une locomotive au-dessus d'une balise offre un débit permanent et élevé). L'agent devrait enficher un équipement comportant le combiné, le clavier d'appel et l'équipement de conversion approprié (numérique-analogique, avec filtrage, et inversement). Une variante serait que l'équipement enfiché soit lui-même la base d'un téléphone sans fil permettant un accès distant dans une zone d'une centaine de mètres. Le problème de transmission posé est de ne fournir une liaison qu'à partir du moment où l'équipement est enfiché, et le cas échéant de fournir un débit différent durant la phase d'appel et d'établissement de la communication et durant la phase de conversation. Il faudrait installer un bouton d'appel dont l'effet soit l'émission par le noeud d'une demande de débit avec la porte à laquelle la borne est connectée.
4. En ce qui connerne le format de la trame, il est proposé ci-après un format, présenté dans le seul but de montrer la faisabilité du système et son degré de complexité. On fait le choix d'une longueur de trame de
1024 octets. Ce choix résulte d'un compromis entre le désir d'associer un nombre suffisant d'octets de données (ici jusqu'à 955) à l'overhead (ici 69 octets) et celui d'assurer l'efficacité de la gestion dynamique de capacité grâce à une fréquence trame élevée (ici 250 trames/s pour un débit de 2,048 Mbit/s).
- octets 0-2 : NTS Numérotation de Trame et Synchronisation
- octets 3-31 : ACD Affectation de Capacité Dynamique
- octets 32-36 ACS Affectation de Capacité Statique
- octets 37-n : DMS Données Multiplexées Statiquement - octets n-991 : DMD Données Multiplexées
Dynamiquement
- octets 992-1023 : RCD Requêtes de Capacité Dynamique
NTS Numérotation de et Synchronisation (octets 0-2)
Les octets 0 et 1 contiennent un motif de synchronisation. L'octet 2 contient un numéro de trame. Seuls les quatre derniers bits servent à définir la trame dans la multitrame, mais l'ensemble des 8 bits permet de distribuer une horloge avec une période d'environ une seconde. Le numéro de trame sert d'une part à assurer un sous-multiplexage permettant d'offrir des débits faibles à certaines portes et d'autre part à coordonner les handovers.
Α CD Affertation de Capac ité Dynamique ( octets 3- Chacun des octets 3 à 30 (l'octet 31 contient toujours 0) affecte à un certain train une capacité de transmission de 32 octets dans la zone DMD de Données Multiplexées Dynamiquement de la trame. Le train concerné est désigné par un numéro abrégé, de 1 octet, qui lui a été affecté préalablement par le Centre Nodal de Transmission (CNT). Un même train peut se voir affecter une capacité multiple de 32 octets dans la trame, qui n'a pas à correspondre à des zones jointives de DMD. Il peut aussi avoir un nombre de zones qui varie d'une trame à l'autre mais d'une façon convenue à l'avance en fonction du numéro de la trame dans la multitrame. Pour une fréquence trame de 250, chaque incrément de capacité de 32 octets correspond à un incrément de débit de 64 000 bit/s. Le plus petit débit qu'il est possible d'affecter dynamiquement est de 32 octets toutes les 16 trames, soit 4 kbit/s. Le plus élevé est de 28 × 32 octets par trame, soit 1.792 Mbit/s. L'adresse 0 n'est jamais affectée à un train et son emploi dans ACD permet donc de ne pas affecter une zone de mémoire (mais elle fait peut-être l'objet d'une affectation statique). Il n'est pas prévu de mécanisme de diffusion générale à tous les trains. La raison en est la difficulté non pas de faire parvenir l'information aux noeuds mais de la délivrer aux trains en la superposant aux informations normalement délivrées. On pourrait toutefois envisager la diffusion d'une alerte utilisant un fil supplémentaire de l'interface. Un message plus complexe doit en principe être adressé individuellement à chaque train par le CNT.
ΑCS Affectation de Capacité Statique (octets 32-36 Cette zone permet la modification des capacités affectées au multiplexage semi-statique (zone DMS). Une seule capacité peut être modifiée par trame. La zone ACS est constituée de 3 sous-zones : - la première, de 12 bits, désigne un noeud. Les noeuds ont un numéro fixé en EPROM. Deux numéros identiques ne doivent pas se trouver dans une zone de ligne gérée, en normal ou en secours, par un même CNT; le numéro 4095 est réservé au mode de reconfiguration,
- la deuxième zone, de 4 bits, désigne une porte du noeud; les portes 14 et 15 sont réservées au mode de reconfiguration,
- la troisième zone, de 24 bits, désigne les octets affectés. Les 14 premiers bits désignent une adresse d'octet dans la trame (10 bits) et un numéro de trame dans une multi-trame (4 bits). Les 9 bits suivants constituent un masque disant desquels des 9 derniers bits de la zone précédente ne pas tenir compte : les 5 premiers sont relatifs aux 5 derniers bits de la zone d'adresse et les 4 derniers au numéro de trame. Ainsi, un masque nul représente une capacité de 1 octet par multitrame soit, pour une fréquence de trame de 250, un débit de 125 bit/s; un masque de 111 (en binaire) représente une capacité d'un octet dans une trame sur deux, soit un débit de 1 kbit/s; un masque de 111111 représente une capacité de 4 octets dans chaque trame, soit un débit de 8 kbit/s. Une valeur de 0 dans la zone d'adresse supprime une allocation précédente.
On notera que la variante suivante se serait contentée de 16 bits pour indiquer les octets affectés, mais elle est d'un maniement moins souple. Les 14 premiers bits désignent, avec une précision peut-être inutile comme on va le voir, une adresse d'octet dans la trame (10 bits),suivi d'un numéro de trame dans la multitrame (4 bits). Tous les 0 qui terminent la zone indiquent de combien des bits de poids faibles parmi les 14 premiers ne pas tenir compte. A titre d'exemple, la valeur (exprimée en binaire) 1100110011010111 affecte l'octet d'adresse 1100110011 dans la trame 0101, soit un débit de 125 bit/s. La valeur 1100110011011100 affecte la même adresse dans 1 trame sur 4, soit un débit de 1 kbit/s. La valeur 1100110010000000 affecte les 8 octets d'adresse 1100110000 à 1100110111 dans chaque trame, soit un débit de 16 kbit/s.
Dans les trames que le CNT n'utilise pas pour modifier les affectations statiques, les 40 bits émis par lui sont à 0. La nullité des 16 premiers bits peut être mise à profit par un noeud pour demander une affectation statique à l'une de ses portes dynamiques, comme il a été indiqué pour le mécanisme d'affectation d'un numéro abrégé à un train n'en possédant pas encore, voire à une de ses portes statiques, comme la possibilité en a été évoquée pour le raccordement de téléphones. Ce noeud, constatant la nullité des 16 premiers bits, inscrit son propre numéro et celui de la porte concernée dans les 16 derniers. Bien entendu, il est possible que plusieurs noeuds agissent de même au cours d'une même trame. Le mécanisme indiqué montre que c'est le dernier traversé "qui gagne". Comme un noeud émettra la même demande, trame après trame, jusqu'à avoir obtenu un numéro abrégé pour la porte en question, cette collision ne présente pas d'autre inconvénient que de retarder l'affectation.
DMS Données Multiplexées Statiquement (octets 37-n)
La zone DMS de Données Multiplexées Statiquement est gérée selon le multiplexage statique ou plus exactement faiblement dynamique dont le mécanisme d'affectation est indiqué par la zone ACS d'Affectation de Capacité Statique. Par le jeu des multitrames, les débits individuels peuvent s'échelonner entre 125 bit/s et 64 kbit/s.
DMD Données Mnltipiexées Dynamiquement (octets n-991)
Ensemble de zones de 32 octets affectées dynamiquement à la transmission avec les trains selon les indications fournies par la zone ACD d'Affectation de Capacité Dynamique. La limite n de séparation entre la zone DMS de Données Multiplexées Statiquement et la zone DMD de Données Multiplexées Dynamiquement est gérée par le CNT et n'est pas connue des noeuds (et n'a pas à l'être). Les zones DMS et DMD peuvent même être imbriquées. RCD Requêtes de Capacité Dynamique (octets 992- 1023)
Chaque bit de cette zone correspond à un train, défini par son numéro abrégé. Le CNT met initialement à 0 la totalité de la zone. Chaque noeud traversé peut mettre à 1 certains bits, mais pas à 0 (c'est-à-dire que chaque noeud transmet vers l'aval la fusion logique de ce qu'ila reçu de l'amont et de ce qu'il a rajouté) . Il met à 1 la position correspondant à un train dont une de ses portes comporte le numéro abrégé dans son registre de sélection si, pour ce train, il n'a pas été dans l'impossibilité de fournir les octets demandés par l'intermédiaire de la zone ACD. En d'autres termes, il met un 1 pour un train qui a fourni la totalité des octets demandés ou pour lequel aucune capacité de transmission n'a encore été affectée. Pour un train dont une de ses portes contient le numéro abrégé, il ne met pas un 1 s'il y a eu underrun et en particulier si aucun octet n'a été fourni. Ce dernier cas peut être celui d'un train qui a cessé d'être couvert (et c'est par ce mécanisme que le CNT en est avisé) ou celui d'un train couvert de façon continue mais qui vient d'effectuer un hand-over. Dans ce dernier cas, le CNT ne sera même pas avisé : il recevra quand même un 1, mais ce 1 aura été ajouté par le noeud auquel est raccordée la nouvelle balise.
5 . En Ce qui concerne l 'a rchitecture d 'un noeud, celle-ci peut être résumée de façon synthétique comme indiqué ci-après (figure 7).
1. Interfaces Externes
Interface Statique
Entrée :
- 1 fil Data In, DI
- 1 fil Attention (dans le cas de bornes
d'accès téléphonique) A
Sortie :
- 1 fil Data Out, DO
- 1 fil Clock Out, CO On retiendra que le débit binaire est susceptible de changer. Par exemple, si la porte correspond à un contrôleur d'aiguille, un centre de contrôle peut demander, à l'approche d'un train un débit de 4 kbit/s et se contenter, à d'autres moments, d'un débit de 125 bit/s.
Interface dynamique
Entrée :
- 8 fils Data In, DI
- 1 fil Attention, A
Sortie :
- 8 fils Data Out, DO
- 1 fil Synchro Trame, ST
- 1 fil FIFO Sortie vide, FSV
On notera que les 8 fils de Data In et 8 fils de Data Out peuvent être remplacés par 8 fils de Données, bidirectionnels, et un fil de sélection de sens, géré par l'organe raccordé. Une interface parallèle semble préférable à une interface série, à la fois parce que les faibles distances entre balise et noeud le permettent (quelques mètres) et qu'il semble intéressant de réduire le débit, celui-ci pouvant être élevé, l'environnement électriquement pollué et le mode de transmission devant rester simple.
2 . Architecture interne
L'architecture du noeud peut se décomposer en un certain nombre d'organes communs, assurant les fonctions suivantes :
a) reconfiguration,
b) extraction-injection,
c) base de temps,
d) gestion des capacités,
et gérant un bus d'adresses BA et un bus de données BD (ce dernier étant un bus série) et, raccordées à ces bus :
- des portes à gestion dynamique Pd,
- des portes à gestion statique Ps . a) Reconfiguration
Comme il a été indiqué plus haut dans le commentaire relatif à la gestion des défaillances, le noeud dispose de 2 entrées EG et ED et de deux sorties SD et SG et il peut fonctionner dans 4 modes suivant la position qu'il occupe dans la boucle considérée.
L'organe de reconfiguration assurant les fonctions décrites plus haut comporte seulement les relais électroniques assurant les contacts correspondant aux quatre modes. C'est la base de temps BT qui doit rechercher la synchronisation, envoyer le code ordonnant le basculement dans les modes 1 et 4 alternativement (avec une période pour deux alternances correspondant à la durée d'environ 4 trames) aussi longtemps qu'elle n'a pas trouvé la synchro, inhiber toute émission autre qu'une répétition aussi longtemps qu'elle reconnaît le code OFFFF
(hexadécimal) dans la zone ACS, et reconnaître un éventuel ordre de passage en mode 2 ou 3.
Un problème technologique éventuel à signaler est qu'au cours de la resynchronisation, il arrivera que deux balises voisines cherchent l'une et l'autre simultanément à
"driver" la liaison entre elles.
b) Extraction-Injection
Les performances globales de la boucle sont en partie liées au temps de traversée de chaque noeud. Il paraît impossible de descendre en dessous d'un temps bit mais il est souhaitable de ne pas monter au-dessus, en particulier de ne pas rajouter un temps-octet.
Malgré le passage d'un mode HDB3 à un mode binaire pur et inversement, il doit être possible de répéter avec un délai de 1 temps bit (nécessaire en particulier pour générer les viols de parité appropriés). Il faut que le bit destiné à remplacer éventuellement un bit reçu soit disponible en même temps que ce bit. En pratique, cela signifie qu'il faut d'une part un registre de 8 bits se remplissant en permanence à partir des bits reçus de l'amont et parfois recopié sur un bus, et un registre de 8 bits que l'on puisse vider en série sur la liaison aval. qui soit au plus tard chargé quand on a besoin du premier de ses bits. Une bascule d'injection doit sélectionner l'entrée série amont ou la sortie série aval du registre d'écriture. Ces registres peuvent être répartis et dupliqués dans les portes si on décide d'utiliser un bus série pour le transfert des données. L'ensemble de ces fonctions est rassemblé dans la figure 7 sous la référence
E/I.
Il est sans doute opportun d'indiquer les temps de réaction à attendre. Si la distance de CNT1 à CNT2 est de 200 km et si la vitesse de propagation dans le câble est de 200 000 km/s, s'il y a un noeud tous les 200 m, donc dans les cas de reconfiguration extrêmes 1000 noeuds traversés chacun deux fois, si le temps de traversée est de 1 tempsbit, alors la durée globale de parcours de la boucle est de 3 ms, soit un peu moins d'une période trame. Si le CNT a une puissance de traitement infinie, c'est-à-dire s'il est capable de tenir compte dans une trame qu'il émet des demandes de capacité qu'il a reçues dans la précédente, il s'écoule entre le moment où un train demande une capacité de transmission et celui où il l'obtient 4 périodes de trame. Pour tenir compte des durées de traitement, il est plus raisonnable de tabler sur 5 périodes de trame, soit 20 ms. Cette durée corespond à un parcours de 2 m pour un TGV circulant à 360 km/h, et de 1 m pour une locomotive circulant à 180 km/h. Elle n'affecte donc pas exagérément la capacité de transmission d'un train ne disposant pas d'une couverture continue. On voit que l'enjeu d'avoir un délai de traversée de 1 temps bit plutôt qu'l temps octet est de l'ordre de 4 ms. Il serait donc malgré tout acceptable de "prendre son temps". Ajoutons que, dans le cas d'une locomotive ne disposant que d'un octet par multitrame, la requête est émise dès la première trame, mais le délai d'attente de capacité peut être allongé de 15 trames, soit 60 ms, soit encore 3 m pour une locomotive circulant à 180 km/h. On voit tout l'intérêt d'équiper le lecteur hyperfréquences d'une antenne à couverture allongée, câble à pertes ou guide d'ondes à fentes. c ) Rase rie Temps
La base de temps BT a des fonctions multiples :
- elle reconstitue le rythme bit à partir de la réception amont et, en l'absence de réception, synthétise un rythme approximativement égal,
- elle crée le rythme de trame,
- elle recherche le motif de synchronisation (en attendant sa fin en temps normal dans le deuxième ou le troisième octet de ce qu'elle s'attend à être la nouvelle trame); si le motif n'est pas trouvé dans plus de n trames consécutives, elle passe dans le mode de resynchronisation où elle le cherche partout,
- elle lit le numéro de trame à la suite du motif de synchronisation,
- elle multiplexe sur un bus parallèle d'adresses
BA, le numéro de trame et de bit (17 fils) et le numéro abrégé de train (8 bits) fourni par le FIFO de gestion dynamique FGD, un 18ème fil assurant le multiplexage entre les deux informations (ou encore, dans un premier temps le numéro de bit (13 bits) et dans un deuxième temps le numéro de trame (4 bits) et le numéro abrégé de train (8 bits), ce qui limite à 14 le nombre de fils du bus,
- elle reconnaît les ordres concernant une porte série, dans les octets 32-33 et envoie à la porte appropriée un signal de sélection à la fin de l'octet 36 pour que celle-ci enregistre les informations présentées sur le bus série de données BD,
- elle présente une information de validation aux portes parallèles pendant les octets 992-1023, de façon que celles-ci, si elles ont reconnu le numéro abrégé de leur train dans les 8 bits de poids faible du bus d'adresses BA, ajoutent un 1 sur le bus série d'écriture si elles n'ont pas connu d'underrun lorsqu'il leur a été demandé de fournir des octets de données,
- elle envoie une impulsion d'écriture au FIFO de gestion dynamique FGD pendant les octets 0 à 31, et lui présente un octet 0 sur le bus de données pendant les octets 0, 1, 2, et 31; elle envoie à ce FIFO une impulsion de lecture tous les 32 octets et lui donne la maîtrise de 8 fils du bus d'adresse BA dans une phase sur deux de la présentation d'adresses sur ce bus.
d) Gestion des Capacités et. Portes
La gestion des capacités dynamiques passe par l'écriture et la lecture du FIFO de gestion dynamique FGD.
Ce FIFO est rempli, à partir des octets 0 à 31 de la trame
(les octets 0-2 et 31 correspondant à un bourrage). Chaque octet non nul représente le numéro abrégé d'un train autorisé à utiliser le groupe de 32 octets correspondant à son rang dans le FIFO pour recevoir et émettre des données. En conséquence, chaque octet du FIFO est présenté, pendant 32 temps octets de suite, sur le bus d'adresse BA (où il est multiplexe avec le temps bit et le numéro de trame) et c'est les portes à gestion dynamique qui comparent en C1 et NA le numéro abrégé de train présenté à celui qui est inscrit dans leur registre d'affectation. En cas de concordance, à chague temps octet, elles lisent un octet dans le FIFO d'entrée F1E et en écrivent un dans le FIFO de sortie F1S. Attention : la lecture d'un octet doit intervenir avant de l'injecter sur la ligne; l'écriture d'un octet ne peut intervenir qu'après qu'il ait été reçu. Comme le délai de traversée d'un noeud n'est que de 1 temps bit, toutes les écritures doivent intervenir (presque) un temps octet avant les lectures de la même adresse. Une solution est que la porte Pd recopie tous les temps octet le fait qu'elle a lu, et n'écrive que lorsqu'elle a lu un octet plus tôt. Il est sans doute souhaitable que le transfert des données se fasse en série sur un fil bit par bit plutôt qu'en parallèle octet par octet.
La gestion des capacités statiques et des rythmes gérés par RS se fait par la comparaison en C2 du temps octet (et numéro de trame) présenté sur le bus d'adresses BA et de ce qu'a stocké la porte comme information de commande, à savoir le même genre d'information, plus un masque explicitant de quels bits ne pas tenir compte dans la comparaison. Cette information de commande a été présentée en série, et stockée en parallèle dans un registre de 24 bits. Les transferts de données pourraient eux aussi se faire en série. La porte Ps comporte aussi un sélecteur permettant de choisir celui des fils du bus d'adresses BA à utiliser pour donner le rythme à la liaison série externe, rythme régulier même si les données arrivent par paquet.
La description qui précède de l'architecture d'un noeud ne fait appel qu'à des éléments de logique câblée. Il n'est évidemment pas exclu de réaliser certaines fonctions grâce à un microcontrôleur et au logiciel approprié.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Système de transmission à courte portée entre des balises au sol b et des mobiles, caractérisé en ce que l'antenne portée par un mobile a une couverture sensiblement plus longue dans la direction longitudinale du mobile que dans la direction transversale.
2 - Système de transmission à courte portée entre des balises au sol b et des mobiles selon la revendication 1, caractérisé en ce que la distance entre balises voisines b est inférieure à la longueur de la zone couverte par l'antenne du mobile ou lui est peu supérieure.
3 - Système de transmission à courte portée entre des balises au sol b et des mobiles selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'antenne portée par le mobile est un câble rayonnant.
4 - Système de transmission à courte portée entre des balises au sol b et des mobiles selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'antenne portée par le mobile est un guide d'ondes à fentes.
5 - Système de transmission à courte portée entre des balises au sol b et des mobiles selon la revendication 4, dans lequel le mobile est constitué d'un ensemble de plusieurs véhicules portant chacun un guide d'ondes GO faisant office d'antenne, caractérisé en ce que les guides d'ondes de deux véhicules adjacents sont reliés par un guide d'ondes souple s1, s2.
6 - Système de transmission à courte portée entre des balises au sol b et des mobiles selon la revendication 4, dans lequel le mobile est constitué d'un ensemble de plusieurs véhicules portant chacun un guide d'ondes GO faisant office d'antenne, caractérisé en ce que les guides d'ondes de deux véhicules adjacents sont reliés par un câble coaxial Cx auquel ils sont adaptés.
7 - Système de transmission à courte portée entre des balises au sol b et des mobiles selon la revendication 4, dans lequel le mobile est constitué d'un ensemble de plusieurs véhicules portant chacun un guide d'ondes GO faisant office d'antenne, caractérisé en ce que les guides d'ondes GO de deux véhicules adjacents se trouvent, lorsque les véhicules sont en alignement, alignés entre eux et à faible distance l'un de l'autre de façon à permettre un couplage par rayonnement b1, b2.
8 - Système de transmission à courte portée entre des balises au sol b et des mobiles selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'antenne est constituée de deux guides d'ondes à fentes GO tels que la zone de couverture de l'un ait au moins une partie qui dans le sens longitudinal n'appartienne pas à la zone de couverture de l'autre.
9 - Système de transmission à courte portée entre des balises au sol b et des mobiles selon la revendication 4 ou la revendication 8, caractérisé en ce que la longueur d'onde du signal rayonné ou de l'un des signaux rayonnes soit voisine d'un sous-multiple du pas des fentes.
10 - Système de transmission à courte portée entre des balises au sol b et des mobiles selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une liaison en anneau relie entre eux et à un Centre Nodal de Transmission CNT les noeuds Ni, Nj auxquels sont raccordés des balises b qui se suivent sur la route ou la ligne de chemin de fer, ou au moins certains de ces noeuds.
11 - Système de transmission à courte portée entre des balises au sol b et des mobiles selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'une pluralité de noeuds se trouve répartie entre deux Centres Nodaux de Transmissions CNT1, CNT2, les uns et les autres comportant des moyens pour configurer en continuité topologique deux anneaux, chacun géré par l'un des Centres Nodaux de Transmissions et comprenant des moyens pour déterminer ce partage.
12 - Système de transmission à courte portée entre des balises au sol b et des mobiles selon la revendication 11, caractérisé en ce que ces moyens consistent :
- a. en ce que tout noeud Nj ayant durablement perdu la synchronisation recherche alternativement sur l'entrée provenant d'un de ses voisins Ni et de l'autre Nk une certaine structure de message,
- b. en ce que, pendant qu'un noeud Nj effectue la recherche d'un côté, il réémet de l'autre ce qu'il reçoit,
- c. en ce qu'un Centre Nodal de Transmissions
CNT1 émet ledit message pendant un temps suffisant pour permettre l'accrochage sur lui des noeuds de proche en proche,
- d. en ce que ce Centre Nodal de Transmissions CNT1 adresse nommément au noeud Nm, dont il désire faire le dernier noeud de l'anneau, un ordre de rebouclage.
13 - Système de transmission à courte portée entre des balises au sol b et des mobiles selon la revendication 10, caractérisé en ce gue l'information est structurée en trames, qu'une partie de cette information décrit à quel destinataire est affectée une partie de la trame et que, le cas échéant, une autre partie de la trame est affectée de façon permanente ou semi-permanente.
14 - Système de transmission à courte portée entre des balises au sol b et des mobiles selon la revendication
1, caractérisé en ce que les destinataires sont des trains et en ce que des moyens existent au niveau des trains, des balises et des noeuds pour que, par l'intermédiaire des balises avec lesquelles ils sont en contact, les trains indiquent aux noeuds qui gèrent ces balises l'information d'adressage permettant au noeud d'extraire de la trame l'information destinée au train et d'injecter dans la trame l'information en provenance du train.
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