1 FIP Présentation Patrick MONASSIER Université Lyon 1 France.
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FIPPrésentation
Patrick MONASSIERUniversité Lyon 1 France
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Historique FIP
IEC Central Office3, rue de VarembéP.O. Box 131CH - 1211 GENEVA 20SwitzerlandPhone: +41 22 919 02 11Fax: +41 22 919 03 00http://www.iec.org
La Commission Electrotechnique Internationale (CEI) est la première organisation mondiale qui élabore et publie des normes internationales pour tout ce qui a trait à l'électricité, à l'électronique et aux technologies apparentées. Celles-ci servent de base à la normalisation nationale et de références lorsqu'il s'agit de rédiger des soumissions et des contrats internationaux.
L’association WorldFIP a été créée en mars 1987, sous le nom originel de CLUB FIP (Flux Information Process)
Le processus de décision de créer un réseau de terrain industriel a été initié avec le ministère de l’industrie en 1982
En 1984, le groupe projet publia les concepts FIP. Plusieurs constructeurs viennent rejoindre le groupe en 1986- TELEMECANIQUE- MERLIN GERIN- CGEE ALSTOM- CSEE (CETIA)
FIP Flux Information Process
http://www.worldfip.orgFIP est standardisé sous la norme WordFip EN50170 (européenne) et IEC61158
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FIP permet la répartition de l’intelligence, du contrôle, des données
Unité deTraitement
Capteurs /Actionneurs
FIP
FIPPrésentation
Le mécanisme de diffusion des données, mécanisme de base de FIP, assure les cohérences spatiales et temporelles de données chez tous les abonnés consommant un ensemble de variables.
Modèle PRODUCTEUR / CONSOMMATEUR
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Topologie générale
Cable principal 2
Cable principal 1
Segmentsterminaux
FIP
JB Boîte de jonctionTAP DérivateurREP RépéteurDB Boîte de diffusionDS Abonné déconnectable localementDNS Abonné non déconnectable localement
Vitesses :Norme couche physique cuivre3 normes :- S1 : 31,25 Kb/s basse vitesse- S2 : 1 Mb/s haute vitesse- S3 : 2,5 MB/s haute vitesse- Fibre optique 5 Mb/s
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Codage Bit
Logique « 1 »ou EB+
Logique « 0 »ou EB-
Violation V+ Violation V-
Le codage bit est du type MANCHESTER
FIP
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PRE FSD FED
PRE permet de synchroniserl’horloge de réception
FSD indique à la couche liaison de données le début de l’information utile (CAD)
FED permet à la couche liaison de trouver la fin du champ CAD
CAD contient les contrôles et les donnéesutile
Trame FIP
PRE Préambule PreambuleFSD Délimiteur de début de trame Framse Start Delimiter CAD Contrôle et données Control and dataFED Délimiteur de fin de trame Frame End delimiter
La couche physique ajoute 21 symboles à toute trame émise - 672 us à 31,25 Kb/s - 21 us à 1 Mb/s - 8,4 us à 2,5 Mb/s
Toute trame FIP est composée de 3 parties : - La séquence de début de trame - Le champ de contrôle et données - La séquence de fin de trame
FIP
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Couche liaison de données FIP
Couche liaisonÉchange de variables identifiées
Transfert de messages
2 types de services de transmissions :
Echanges Cycliquement - périodicité par variable définie à l'initialisation
Sur demande - sur demandes explicite des utilisateurs
Les échanges peuvent se faire :
Adressages variables - 1 identifieur 16 bits par variable
messages - en point à point uniquement, adresses codées sur 24 bits
Adressage :
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Couche liaison de données
Interface couche application – couche liaison de données
Un buffer produit correspond à l’identifieur K Un buffer consommé correspond à l’identifieur A
K
A
Ne génère aucune activité sur le bus
FIP
Sur cet exemple, la couche liaison de données contient :
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Tranfert de buffer
Les buffers produits ou consommés sont également accessibles par le bus, qui prélève ou dépose des valeurs de buffer.Ce mécanisme s’appelle le transfert de buffer.
FIP
Les buffers sont à double accès, la couche liaison de données doit résoudre les problèmes posés par les conflits d’accès.
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Pour réaliser le mécanisme de transfert de buffer, l’arbitre de bus émet des trames question ID_DAT, en précisant le Numéro d’Identifieur
FIPTranfert de buffer
Indication d’émission de la valeur sur le bus
Indication de réception de la valeur
Donnée produite K
Donnée consommée A
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Mécanisme d’allocation du medium
Le réseau FIP est constitué de stations possédant deux types de fonctionnalités :
- L’arbitrage de bus : gestion d’accès au medium
- La fonction production / consommation
L’arbitre de BusBA : Bus arbitrercontient la table de scrutation des variables
FIP
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Production d’une variable
Le modèle producteur - Consommateur
FIP
L’arbitreur de bus C fenvoie une demande de valeur concernant la variable A
La valeur de la variable A est mise en diffusion générale
Producteur Consommateur Consommateur
Consommateur
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Table d’arbitrage de bus
L’exemple ci-dessous indique comment configurer l’arbitre de bus pour garantir une scrutation déterministe
Exemple
Le temps indiqué comprend l’émission et la réception, ainsi qu’un temps de retournement de 20 us.
FIP
Les variables identifiées produites ou consommées par un utilisateur peuvent être :
de type simple :- Booléen- Entier (notation complémentaire à 2)- Chaine binaire (maxi 32 octets)- Chaine d'octets (maxi 126 octets)- Chaine visible (maxi 126 octets)- Temps 14 caractères : AAA MM JJ HH MM SS- Flottant simple précision 4 octets (ANSI IEEE 754)
- Flottant double précision 8 octets (ANSI IEEE 754) - BCD
De type structuré :- structure de type simple- structure de structure- tableau- tableau de tableau-tableau de structure
…………
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Scrutation des variables
Le dessin ci-dessous représente une répartition possible des identifieurs A à F sur un axe de temps, en fonction des périodicités de chacune des variables
Chaque tranche de temps constitue un cycle élémentaire : ici égal à 5 ms
A 5 msB 10 msC 15 msD, E 20 msF 30 ms
FIP
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Scrutation des variables
En fonction des renseignements précédents, on peut dresser la table de charge du réseau
Temps pour le trafic apériodique
temps
1 Mb/s5 ms
Charge trafic
Traficpériodique
A 5 msB 10 msC 15 msD, E 20 msF 30 ms
FIP
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Scrutation des variables
Cycle élémentaire
Macrocycle temps
Durée du cycle élémentaire
L’arbitre de bus déroulera à l’infini les mêmes cycles
A 5 msB 10 msC 15 msD, E 20 msF 30 ms
FIP
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Scrutation des variables
Temps pour le trafic apériodique
Une autre répartition plus uniforme des identifieurs au sein des cycles élémentaires pourrait être la suivante
A 5 msB 10 msC 15 msD, E 20 msF 30 ms
FIP
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Cycle élémentaire
Fenêtre d’échange des variables cycliques
Fenêtre d’échange des variables apériodiques
Fenêtre d’échange des messages apériodiques
Fenêtre de synchronisation – remplissage (padding)
Chaque cycle élémentaire est composé de 4 fenêtres
FIP
Echanges cycliques Déterministes
Echanges acycliques Non Déterministes
Remplissage
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Demande de transfert variable périodique
Le modèle producteur - Consommateur
FIP
L’arbitreur de bus C fenvoie une demande de valeur concernant la variable A
La valeur de la variable A est mise en diffusion générale
Producteur Consommateur Consommateur
Consommateur
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Ce mécanisme se déroule en 3 étapes :
Demande de transfert variable apériodique
Etape 1
File d’attente- normal- urgent
Pendant le trafic périodique : positionnement d’une requête
Requête
FIP
Producteur Consommateur Consommateur
Consommateur
21
Demande de transfert variable apériodique
Etape 2
Dans la fenêtre des variables apériodiques : émission de la requête
Liste des variablesapériodiques à servir (identifieurs)
File d’attente spécifique
FIP
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Demande de transfert variable apériodique
Etape 3
L’arbitre de bus diffuse la valeur de l’identifieur qui sera produit puis consommé par les autres stations.
Une station demandant un transfert apériodique peut être :
- Productrice de la variable- Consommatrice- Productrice et consommatrice
L’arbitre sert une ou plusieurs variables, en fonction du temps apériodique disponible
FIP
Producteur Consommateur
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Demandes apériodiques
File « urgent »
File « normal »
Buffer producteurIdentifieur K
Fenêtre périodique
Fenêtre apériodique
Les demandes peuvent être de deux natures - Libres (L_FREE_UPDATE.req)
- Spécifiées (L_SPEC_UPDATE.req)
Le mécanisme « spécifié » fonctionne à peu près de la même façon. La file d’attente est remplacée par un buffer de la variable. Il est uniquement utilisé par la couche application pour réaliser le mécanisme de cohérence spatiale. Ce mécanisme est interne à la couche application
Le mécanisme «libre »
FIP
Puis B
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Demande de transfert de messages SANS acquittement
En point à point ou en diffusion générale
Ce mécanisme se déroule en 3 étapes :
Etape 1
File d’attente des messages
FIP
Requête indiquée par positionnement du bit « requête de message »
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Demande de transfert de messages SANS acquittement
Etape 2
FIP
Producteur
Consommateurs
Message en diffusion générale
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Demande de transfert de messages SANS acquittement
Etape 3
FIP
Le producteur envoie un signal de fin de transaction message
Producteur
Toutes les stations recoivent l’indication de fin de message
Fin de transaction
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Demande de transfert de messages AVEC acquittement
En point à point
Ce mécanisme se déroule en 4 étapes :
Etape 1
File d’attente des messages
FIP
Requête indiquée par positionnement du bit « requête de message »
Permet de fiabiliser des échanges en Point à Point
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Demande de transfert de messages AVEC acquittement
Etape 2
FIP
Envoi du message
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Demande de transfert de messages AVEC acquittement
Etape 3
FIP
Etape 4
Acquittement du message
Fin de transaction message
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Classes de conformité
Transfert de buffer
Ecriture de buffer
Lecture de buffer
Demande explicite libre
Demande explicite spécifiée
Message sans acquittement
Message avec acquittement
Service supporté
Service non supporté
FIP
Définit la classe de la station. Toute station FIP possède au moins les mécanismes de transfert de buffer et d’écriture de buffer
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Trames transfert de buffer
Trames de question : ID_DAT, ID_RQ et ID_MSG Elles ne diffèrent que de quelques bits dans le champ de contrôle
Trames de réponse : RP-DAT réponse à une trame ID_DAT
FIP
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Trames de réponse
Trames de réponse requête : RP_RQ réponse à une trame ID_RQ
Trames de réponse : RP_MSG_xx réponse à une trame ID_MSG
Une station répond à une trame ID_MSG parune trame RP_MSG_NOACK ou RP_MSG_ACK
FIP
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Trames de réponse
Trames de réponse requête : RP_ACK suite à une trame de message avec demande d’acquittement
Trames de réponse : RP_FIN suite à une émission de message, fin de transaction de message
FIP
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Performance – transfert de buffer
La trame RP suit une trame ID. TR est le temps de retournement. La trame RP_DAT doit intervenir dans ce délai borné.
Le temps de retournement TR est défini dans la norme gestion de réseau.
10 TMAC <= TR <= 70 TMAC
TMAC = temps d’émission d’un symbole de couche physique 1, 0, V+, V- , 0
à 31,25 Kb/s 22,4 us < TR < 320 usà 1 Mb/s 10 us < TR < 70 usà 2,5 Mb/s 4 us < TR < 28 us
FIP
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Informations de service
Chaque couche ajoute de l’information de service à ce qu’elle reçoit de la couche supérieure
Le nombre de bits ajoutés est de 61 bits, qu’elle que soit la longueur des données
Couche utilisateur
Couche application
Couche liaison
Couche physique
+2 octets
+3 octets
+21 bits
Longueur des données utiles
FIP
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Temps de transaction
Le temps total d’une transaction est composé des durées suivantes :- Emission de la trame question- Temps de retournement- Émission de la trame réponse- Temps de retournement
Durée d’émission de la trame question : 61 TMAC (constant)
Durée d’émission de la trame réponse = 61 TMAC + n*8 TMC (n=nombre d’octets utilisateur)
Durée temps de retournement = 2*TR TMAC (TR>=10 et TR<=70)
L’efficacité est égale au temps d’émission de l’information utile divisé par la durée de la transaction
Efficacité = n*8 TMAC / (61 TMAC + TR TMAC + 61 TMAC + n*8 TMAC + TR TMAC)
Efficacité = n * 8 TMAC / ( 122 TMAC + 2 TR TMAC + n * 8 TMAC )
FIP
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Calculs selon TR
Longueur utile efficacité débit réel pour 1 Mb/s débit réel pour 2,5 Mb/s
Longueur utile efficacité débit réel pour 1 Mb/s débit réel pour 2,5 Mb/s
Calculs pour TR = 70
Calculs pour TR = 10
FIP
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Couche application MPS
Les services de FIP se regroupent en 3 ensembles distincts :
- ABAS – Services application d'arbitrage de bus- MPS – Services périodiques / apériodiques variables- subMMS – Sous-ensemble de service de messagerie
La couche applicaton MPS offre à l'utilisateur :- Des services de lectures/écritures locales- Des services de lectures/écritures distantes- Des indications d'émission/réception variables- Des informations de fraîcheur des informations consommées- Des informations de cohérences spatiales et temporelles des données
Couche 7
Couche 2
Couche 1
FIP
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Lectures / écritures locales FIP
Bus activity
Aucune activité déclenchée sur le bus
Les buffers des variables sont écrits ou lus depuis la couche applicative, sans déclencher d’activité bus
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Indications de réception / émission FIP
La couche applicative reçoit des indications, fonction de l’activité du bus
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Lectures / Ecritures distances FIP
AP
Mécanisme de lecture de la variable A
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Resynchronisation
Le mécanisme de resynchronisation en consommation consiste à recopier le contenu du buffer public dans le buffer privé, sur réception d'une variable de synchronisation
FIP
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Synchronisation des variables
Les contenus des buffers privés et publics, en fonction du temps, pour une variable produite resynchronisée
FIP
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Promptitudes et rafraîchissements
Rafraîchissement asynchrone
Chaque consommateur, par l'intermédiaire d'un service de lecture, en accédant au status, sait si le producteur de la variable a respecté le délai de production attaché à la variable
FIP
Etat du rafraichissement :Mécanisme de l’élaboration de la période de production (ms)
Ecriture asynchrone (valeur) Lecture asynchrone (valeur, status)
Producteur Consomateur
Status , Valeur
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Promptitudes et rafraîchissements
Rafraîchissement asynchrone
A chaque nouvelle écriture de valeur, la couche application arme le timer associé à la variable, avec la valeur de la période de production.
Le status est vrai tant que ce timer n'expire pas.
FIP
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Promptitudes et rafraîchissements
Rafraîchissement synchrone
A chaque réception de variable de synchronisation, le timer est réarmé avec la valeur de la période de production, le status passe à faux.
Lorsque l’utilisateur dépose une nouvelle valeur, si le timer n’a pas expiré, le status devient vrai et le restera jusqu’à expiration ou réception d’une nouvelle variable de synchronisation
FIP
s = point de réception de la variable de synchronisationp = point de la variable en production (A_WRITELOC)
Période de production
TrueStatus False
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Promptitudes et rafraîchissements
Promptitude asynchrone
Dans cet exemple: pour la même variable, une station élabore un status de promptitude asynchrone, l'autre pas.
Lors d'une lecture, récupération de la valeur de la variable ainsi que la status de promptitude. La station saura si le producteur respecte sa période de production, et si le mécanisme de transfert de buffer fonctionne correctement
FIP
Ecriture asynchrone (valeur) Valeur, status lecture asynchrone Valeur lecture asynchrone
valeur
consommateurProducteur consommateur
Etat de promptitudeMécanisme d’élaboration de la période de consommation (ms)
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Promptitudes et rafraîchissements
Lorsque l'entité de communication reçoit une nouvelle valeur, elle arme un timer de promptitude asynchrone associé à la variable consommée avec la valeur de la période de consommation. Il le restera tant que le timer n'expire pas.
Promptitude asynchrone
FIP
C = réception de la variable consommée
Timer de période de
consommation
TrueStatus False
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Cohérences temporelles et spatiales
Cohérence temporelle de production
t1 t2 t3 t4a V V V Vb V F V Vc F V V V
ET logique des états F F V V
Etat des Rafraîchissementsindividuels
Exemple de 3 capteurs : Débit Pression Température
La cohérence temporelle de consommation est un ET logique sur tous les états de proptitudes individuels
V = VraiF = Faux
FIP
A_READLIST.rq(<a,b,c>,CSP)
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Cohérences temporelles et spatiales
Cohérence spatiale
La cohérence spatiale est un état booléen élaboré optionnellement par les couches applications consommatrices d'une liste de variable.
Si toutes les copies de la liste sont identiques, l'état est Vrai, sinon il est Faux.
Etat booléen
Liste de variables
FIP
Vrai si identiques
Faux si différents
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Types de variables et Protocol Data Unit (PDUs)
Les variables identifiées produites ou consommées par un utilisateur peuvent être :
de type simple :
BooléenEntier (notation complémentaire à 2)Chaine binaire (maxi 32 octets)Chaine d'octets (maxi 126 octets)Chaine visible (maxi 126 octets)Temps 14 caractères : AAA MM JJ HH MM SSFlottant simple précision 4 octets (ANSI IEEE 754)
Flottant double précision 8 octets (ANSI IEEE 754) BCD
De type structuré :
structure de type simplestructure de structuretableautableau de tableautableau de structure…………
Ces variables sont transportées sur le réseau à l'intérieur de PDU
Dans l'exemple, la couche application ajoute 2 octets au codage de l'entier 16 bits.
- Le premier indique le type du PDU
- Le second indique la longueur de l'information contenue
FIP
Exemple pour un entier 16 bits
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Gestion de réseau
Les services de gestion de réseau sont regroupés dans 2 familles de services :
SM-MPS : ensemble des services de gestion de réseau basé sur MPSSMS : ensemble des services de gestion de réseau basé sur la messagerie (MCS-MSG)
MIB : ressources de communication
Base d'information de gestion
MIB est une structure des données arborescente décrivant couche par couche chacun des attributs, ainsi que la portée de chaque service.
FIP
ServiceMessage
Servicepériodiques etapériodiques
ServiceArbitreur de bus
Bus arb. Apériodique/périod. Messages
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Les fonctions essentielles de gestion de réseau sont au nombre de 3 :
Gestion du mode opératoire
• Commandes de start/stop• Commandes de Validation / Invalidation• Commandes de reset• Fonctions de Lecture / Ecriture
Gestion de la configuration
• Création d'objets• Destruction d'objets• Démarrage / arrêt d'entités de communication
Gestion des défauts et performances
• Lecture de compteurs• Mise à zéro de compteurs
Gestion de réseau FIP
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Gestion de réseau
Une station FIP dispose de 2 types de processus application distincts :
- L' AP utilisateur qui réalise des fonctions d'une application répartie- Le SMAP qui gère les fonctions de gestion de réseau
Station FIP Manager Station FIP Agent
SMAP Manager gère le réseau, SMAP Agent répond à des sollicitations distantes
SMAP :System ManagerApplication Process
FIP
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Gestion de réseau
Multi - AEs
Une station FIP peut, pour des besoins de sécurité, de démarrages progressifs ou pour des problèmes de limitations de SM-MPS, gérer jusqu'à 8 entités d'application AE/SEi
FIP
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Les services SM - MPS permettent :
• L'affectation d'adressage physique et de tagName
• Le téléchargement des identifieurs
• La relecture de configuration (télélecture)
• La télécommande (start, stop, invalidation d'une ou plusieurs AE/SE)
Services SM-MPS
• Le télécontrôle (lecture de l'état opératoire des AE/SE)
• Le rapport (ensemble des compteurs d'erreur et de performances)
• La gestion d'une variable de présence et d'identification
• La gestion d'une liste de stations présentes
FIP
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Normes FIP
FIP est standardisé au niveau européen sous la norme WordFip EN50170
http://www.worldfip.org
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FIPDétail de la normes
59
Fin de présentation
Merci de votre attention
Patrick MONASSIERUniversité Lyon 1 France