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    19-Jul-2018

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    Introduction aux transmissions de donnes

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    Table des matires

    1. Introduction: du tlgraphe au P2P

    2. Concepts et terminologie 3. Caractristiques du signal

    4. Dfauts de transmission 5. Capacit dun canal

    6. Notions de thorie de linformation

    7. Les codages de la source

    8. Multimdia, codage des images et des sons

    9. Un problme spcifique : la vido numrique

    10. Le codage du signal

    11. Les codes correcteurs

    12. Etudes de cas pratiques

    Annexes

    1 ETHERNET

    2 LE BUS CAN

    3 ADSL

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    1.Introduction: du tlgraphe au P2P

    Communication : dplacement d'un message (ensemble de signes) entre deux points caractristiques de l'espace. Elle comprend trois moments spcifiques : l'mission, la transmission, la rception. Les signes utiliss peuvent tre de natures trs varies.

    Le grand problme des hommes, c'est la coopration. L'une des cls de la coopration est le partage d'informations. Les tlcommunications qui sont lun des outils fondamentaux pour partager les informations, sont destines jouer un rle majeur dans tous les progrs venir de l'humanit. Le tlgraphe Depuis le dbut des annes 1800, il existe des systmes de tlgraphe lectrique peu pratiques et surtout anti-conomiques puisquils ncessitaient plusieurs fils. En 1837, l'Amricain Samuel Morse invente un tlgraphe lectrique simple : des piles, un interrupteur, un lectro-aimant et des fils suffisent. Il conoit galement un code trs simple bas sur des combinaisons de signaux courts et longs. Le grand mrite de Morse est davoir invent une sorte de transmission srie ne ncessitant quun seul fil avec retour par la terre, marquant ainsi les vrais dbuts de la communication lectrique commerciale. Ds 1844, de nombreuses compagnies se crent pour construire des rseaux tlgraphiques et ds 1858, on dpose un premier cble tlgraphique trans-ocanique.Comme sur de telles longueurs la dformation des signaux est trs grande, lingnieur Heaviside invente, une manire de calculer la dformation des signaux aprs une transmission sur fils. Le tlphone, Bell La transmission numrique (le tlgraphe) existait donc bien avant la transmission analogique. Alors que l'on savait transmettre des signaux tlgraphiques travers les ocans, on ne savait toujours pas transmettre la voix de lautre ct de la rue. Alexandre Graham Bell dpose son brevet le 14 fvrier 1876. La voix fait vibrer une plaquette en bois solidaire de crayons en graphite. Les vibrations de ces derniers tablissent un contact lectrique imparfait et, donc une rsistance variable. Des batteries envoient dans la ligne un courant lectrique rendu variable (on dit "modul") en traversant cette rsistance. Le signal acoustique est ainsi transform en un signal lectrique analogique.

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    Dans le rcepteur, le courant lectrique venant de la ligne tlphonique est envoy dans un lectroaimant qui agit sur une plaque souple dont les vibrations reconstituent la voix. Cest Vail qui saura transformer la petite compagnie Bell Telephone en une immense socit, la plus grande du monde. Il sera le vritable inventeur de l'organisation de la tlphonie en tant que service public et de lorganisation gnrale des services publics en monopoles, publics ou privs, mais contrls par une autorit. Ce type d'organisation, durera jusqu'en 1984. Les rseaux L'invention de Bell ne permettait que des liaisons spcialises point point. Pour donner un abonn l'accs de nombreux correspondants, il faut des commutateurs. En 1878, le premier central tlphonique (manuel) est ralis, reliant 21 abonns. Aprs cela c'est l'explosion ! Des centraux manuels s'installent partout. En 1891, Almond B. Strowger, invente un systme de commutation automatique qui sera gnralis dans de nombreux pays : le systme Strowger ou Systme Pas Pas . La France, et les tats-Unis, prfreront une autre philosophie de commutation qui ne sera dveloppe que vingt ans plus tard : le contrle commun. Le problme de la porte La grande difficult du tlphone a t sa porte. Rappelons que la transmission tlgraphique se faisait sur un seul fil avec retour du courant par la terre. En reproduisant, pour le signal analogique, ce qui avait t fait pour les signaux numriques du tlgraphe, on ne pouvait pas dpasser quelques kilomtres de porte, alors que le tlgraphe pouvait porter des dizaines de kilomtres. Au-del de cette distance, le signal tlphonique tait en effet couvert par une friture pouvantable. On doit Carty, la dcouverte du principe de la transmission en mode diffrentiel sur deux fils. Avec la transmission diffrentielle, des portes de quelques centaines de kilomtres devenaient ralisables, surtout depuis qu'en 1900 le mathmaticien Puppin ayant compris quen insrant tous les 1,8 km des bobines en srie dans la ligne, on pouvait diminuer l'affaiblissement d la capacit parasite rpartie. Mais bien sr, il n'tait toujours pas possible dtablir des communications tlphoniques transcontinentales. L'lectronique Il fallait, pour les liaisons tlphoniques transcontinentales, inventer l'amplification lectronique. Les premiers pas dans cette direction sont faits par Edison avec la dcouverte de la thermo-mission conduisant aux diodes tubes. Mais c'est Lee de Forest qui dcouvre en 1906 le contrle de la thermo-mission dans la triode. Toutefois, les ingnieurs n'arrivent pas matriser le dispositif. Arnold, ainsi que Langmuir, comprennent qu'il faut faire le vide dans la triode. Les progrs sont alors trs rapides, la socit Bell dveloppe des rpteurs. La premire liaison tlphonique transcontinentale est ralise en 1915.

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    Le dfi suivant sera la tlphonie transocanique. Mais, alors que le premier cble transocanique tlgraphique est pos en 1858, ce n'est quun peu moins de 100 ans plus tard, en 1956, que lon russit poser le premier cble tlphonique transocanique. En attendant que ce problme extrmement difficile de tlphonie transocanique par cble soit rsolu, on fait appel la radio pour la communication intercontinentale. De la radio la tlvision Prdites par Maxwell en 1864 les ondes lectromagntiques sont mises en vidence par les expriences de Heinrich Hertz en 1887. Ds 1896, Marconi, invente les antennes et, la mme anne, le Russe Popov transmet le premier message radio. La communication tlgraphique par radio se dveloppe avec des alternateurs lectromcaniques produisant du 50 KHz (6 km de longueur d'onde !) et les premires communications transatlantiques par radio en Morse sont ralises en 1901 par Marconi. Ce type de transmission sert beaucoup pour les communications avec les navires. En 1906, un professeur de Harvard a l'ide de mettre un microphone en srie entre l'alternateur et l'antenne et se met transmettre de la voix et de la musique. Mais c'est aprs l'invention de l'lectronique dans les mmes annes que la radiodiffusion, on disait alors la TSF (Tlphonie Sans Fil), se dveloppe avec un succs extraordinaire auprs du public. La premire guerre mondiale eut pour effet un formidable dveloppement de la radio. Toutefois les rcepteurs utiliss taient amplification directe. Armstrong en 1917, invente le superhtrodyne. Cette invention gniale marque l'essor de la radio vraiment pratique ! Les livres disent que c'est parce que la slectivit est faite sur une frquence fixe, avec la possibilit d'obtenir conomiquement des coefficients Q trs levs. Un autre avantage, est tout aussi dterminant : l'amplification est faite une autre frquence que celle de l'tage d'entre, on peut ainsi avoir une forte amplification et donc une grande sensibilit, sans re-bouclage parasite et, par consquent, sans oscillation ! Les annes 30 consacrent le perfectionnement de la communication analogique avec les inventions du contrle de gain et de la contre-raction. Armstrong, encore lui, apporte un progrs dcisif en mettant au point la FM (en bande large) et donc la radiodiffusion en haute fidlit avec trs peu de bruit. galement ces annes l, une socit de l'Arizona ralise une radio pour les autos. Cette socit prendra plus tard le nom de Motor-Ola ! On peut dire qu' la fin des annes 30 tous les progrs de la radio analogique sont acquis. Mis part le progrs apport par les transistors dans les annes 60, nous en sommes toujours l, en attente de la radio-diffusion numrique ! En revanche, dans les annes 40 c'est la tlvision et donc la transmission de l'image qui devient la procupation importante. Les ingnieurs des annes 20 n'arrivaient pas choisir entre des systmes de balayages mcaniques ou lectroniques. la fin des annes 30, ce dilemme tait rgl. Le dveloppement des radars avait dj permis de matriser l'lectronique trs haute frquence et aussi la

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    technique des tubes cathodiques. La transmission de l'image pouvait alors dmarrer en mode diffus (broadcast). La communication numrique C'est en 1938, que l'anglais Alec Reeves, dpose le brevet de la modulation par impulsions codes MIC, qui devait liminer presque compltement le bruit. Malheureusement, cette poque, la technologie de l'lectronique lampes ne permettait pas de raliser conomiquement de tels procds de transmission. Dans les annes 50, le numrique apparat comme une consquence de la nouvelle industrie des ordinateurs. Une nouvelle lectronique voit le jour : on ne parle plus d'amplificateurs, de circuits intgrateurs ou de drivateurs mais on parle de flip-flops, de portes, d'algbre de Boole. Claude Shannon tablit la thorie de l'information et les ides thoriques sur la communication numrique sont dveloppes. Malgr tout, ces ides restent cantonnes des systmes trs coteux cause de la technologie lectronique lampes. C'est l'invention du transistor en 1947 par William Shokley, John Bardeen et Walter H. Brattain, trois physiciens des Bell Labs, prix Nobel en 1956, qui va changer la donne. Trs certainement l'une des premires applications est le clavier DTMF de nos tlphones ! Il faut cependant attendre l'apparition des circuits intgrs la fin des annes 60 pour que l'lectronique, jusque-l cantonne aux systmes de transmissions analogiques multiplexage frquentiel, puisse srieusement stendre la transmission numrique et la commutation. Les multiplex numriques sont dabord utiliss comme systmes de gain de paires pour la transmission entre les centraux analogiques. Puis on passe de la programmation cble la programmation enregistre en pilotant les commutateurs par des ordinateurs. Le dernier pas franchir est le remplacement des matrices de commutation analogiques par des matrices numriques. Les progrs invisibles Les annes 1980 sont des annes d'immenses progrs, dont le public et mme beaucoup de spcialistes ne ralisent pas vraiment l'ampleur. Dans les annes 1970, il tait pratiquement hors de question d'quiper chaque foyer d'un tlphone, chaque petite route aurait t borde d'immenses nappes de fils ! Les meilleurs modems fonctionnaient 9600 bits par seconde et encore sur liaisons spcialises de qualit suprieure trs coteuses. Les ingnieurs annonaient que compte tenu de la limite de Shannon, on ne pourrait jamais aller au-del de 15 Kbit/s sur une ligne tlphonique ! Une ou deux dcennies plus tard, tout cela a bien chang sans avoir l'impression qu'il y ait eu de dcouvertes scientifiques fondamentales. En fait trois progrs fondamentaux, intervenus cette poque, ont compltement boulevers la situation..

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    Il est d'abord devenu possible de piloter des concentrateurs distance. C'est ce progrs technique, peu connu, dcoulant de la signalisation smaphore qui explique que l'on a pu raccorder tous les foyers. Le long des routes, les grandes potences en bois soutenant les nappes de lignes ont t remplaces par des petits poteaux en acier portant un cble noir contenant plusieurs MICs. Du fait des concentrateurs distants, les lignes sont devenues beaucoup plus courtes, permettant ainsi de raccorder tout le monde ! La limite de Shannon s'est trouve considrablement augmente, tout simplement parce que le rseau d'aujourd'hui a un bien meilleur rapport Signal/Bruit. Ce progrs est essentiellement d la gnralisation de la fibre optique. On ne trouve plus du cuivre aujourd'hui que sur les derniers kilomtres, tout le reste est en verre avec une qualit de transmission et une immunit au bruit extraordinaire. Un autre facteur favorable est l'augmentation de la vitesse des processeurs de traitement du signal. Le bruit n'est pas que du bruit blanc Gaussien alatoire, il y a beaucoup de diaphonie que l'on sait traiter. L'augmentation de la vitesse des microprocesseurs a des consquences fabuleuses. En 1985, l'accs de base du RNIS tait limit 144 Kbit/s utiles parce que l'horloge du microprocesseur qui faisait l'annulation d'cho n'tait que de 2 MHz. Aujourd'hui les microprocesseurs tournent au moins 100 fois plus vite et cest pourquoi nous pouvons faire l'ADSL 100 fois plus rapide ! Des rseaux mobiles et intelligents Les annes 1990 ne sont plus des annes de progrs invisibles, ce sont des annes de rupture, des annes de toutes les audaces. La numrisation du rseau n'tait pas encore digre, le RNIS n'avait pas encore dmarr, et les ingnieurs se lanaient dans l'aventure incroyable du raccordement des abonns en radio-numrique. On aurait pu croire que le mur de la complexit tait atteint tant du point de vue technique que financier. La technique de la radio est intrinsquement trs difficile, sy ajoutaient les problmes de signalisation, d'architecture de contrle, de dveloppements logiciels. De son ct, l'aspect financier semblait insurmontable puisqu'il fallait investir des milliards avant que l'on puisse esprer gagner le moindre centime. Pourtant le succs du GSM est l'un des meilleurs exemples de ce que l'homme peut faire en cooprant. D'abord la normalisation ralise a t remarquable. Le systme a t conu et de manire collective. Aujourd'hui les rseaux mobiles sont les seuls rseaux multi-constructeurs compltement inter-oprables et qui respectent scrupuleusement une norme unique. Ensuite le GSM est une vraie Killer Application en ce sens qu'il transforme la faon dont l'homme travaille. En mme temps se dveloppe un autre concept, celui du rseau intelligent. L'ide que le rseau ne pouvait fournir que les services qui taient programms dans les ordinateurs des centraux tlphoniques devenait intolrable. Il fallait trouver un moyen de rendre le rseau plus coopratif pour excuter des services que des socits tierces pourraient programmer dans des plates-formes extrieures. Ce but ultime n'est pas encore compltement atteint mais l'on s'en rapproche.

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    La monte des rseaux informatiques A lorigine, linformatique tait centralise. Ctait le rgne des Main Frames et messieurs les informaticiens, taient leurs serviteurs, b...

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