Communiquer et programmer un système

Un réseau relie des équipements qui échangent des informations sur un support matériel. Ce support peut être filaire, comme un câble, ou utiliser des ondes électromagnétiques. Le support transporte un signal ; le protocole organise l’échange. Deux objets physiquement connectés ne se comprennent pas nécessairement s’ils utilisent des formats, des vitesses ou des règles différents. Il faut identifier qui émet, qui reçoit, à quelle fréquence et avec quelle contrainte de délai.

Une architecture client-serveur distingue le client qui demande un service et le serveur qui répond. Un même objet peut jouer plusieurs rôles dans des échanges différents. Une architecture en nuage place certaines fonctions de calcul ou de stockage sur des serveurs distants accessibles par le réseau. Elle facilite certains usages mais introduit une dépendance à la connexion et un délai de communication. Une commande urgente ne doit pas supposer qu’un serveur distant répond toujours immédiatement.

Un protocole fixe notamment la structure du message, l’identification des destinataires, l’ordre des échanges et le comportement en cas d’erreur. Une trame peut contenir une adresse, une commande, une donnée et une information de contrôle. L’encapsulation place un message dans une structure qui ajoute les informations nécessaires à un autre niveau de communication. Les octets ajoutés rendent l’échange possible, mais ne sont pas tous des données utiles à l’application.

Un contrôle de trame peut détecter certaines altérations ; il ne garantit pas à lui seul que la valeur reçue est vraie ou récente. Une température plausible peut correspondre à une ancienne mesure. Pour un système piloté à distance, on peut donc associer un numéro de séquence ou une date à chaque message et définir une durée maximale sans nouvelle donnée. Ces choix font partie de la spécification du fonctionnement et doivent être testés.

Le débit binaire D est le nombre de bits transmis par unité de temps. Si le débit est constant, la durée nécessaire à N bits vaut Δt = N/D. Un octet contient huit bits. Une taille en octets doit donc être convertie avant d’utiliser un débit en bits par seconde. Le débit utile porte seulement sur les informations servant à l’application ; le débit total inclut les en-têtes, les contrôles et les autres éléments transmis.

Le temps de réponse complet comprend d’autres contributions : attente avant émission, propagation, réception et traitement. Le débit n’est donc pas synonyme de délai. Une liaison rapide peut présenter une longue attente si le réseau est occupé. Inversement, un petit message peut arriver rapidement sur une liaison modeste. Pour vérifier une contrainte de commande, on additionne les délais pertinents au lieu de se limiter à la durée d’émission.

Les bits sont représentés physiquement par des états d’un signal. Une liaison électrique peut utiliser deux plages de tension pour les niveaux logiques ; les seuils réels sont spécifiés par les composants. Une transmission radio utilise une porteuse modulée. Dans une modulation numérique d’amplitude, l’amplitude de la porteuse dépend du symbole envoyé ; dans une modulation de fréquence, c’est la fréquence qui varie. Cette description qualitative ne doit pas être confondue avec un changement du contenu logique.

Un récepteur doit distinguer les symboles et retrouver leur rythme. Le débit binaire et le rythme des symboles ne coïncident que lorsque chaque symbole représente un seul bit. Pour l’étude d’une trame, on précise aussi le sens de lecture, la taille des champs et la convention de codage. Les mêmes huit bits peuvent être interprétés comme un nombre entier, une partie d’un caractère ou un ensemble d’états selon le protocole.

Un algorithme décrit les opérations et les décisions ; un programme les exprime dans un langage exécutable. Une variable conserve une valeur, une fonction regroupe un traitement et une condition sélectionne un comportement. Une boucle permet de répéter une acquisition et une décision. Pour un système séquentiel, la sortie dépend aussi de l’état précédent : il faut alors représenter explicitement cet état et les événements qui provoquent une transition.

Considérons un ventilateur avec deux états, arrêté et actif. Si la donnée est valide et la température atteint 28 °C, on passe à actif. Si elle descend à 25 °C ou moins, on revient à arrêté. Entre les deux seuils, on conserve l’état. En cas de donnée invalide, la politique retenue dans cet exercice est de demander l’arrêt et de signaler un défaut. Dans un produit réel, cette politique doit être définie selon le risque ; elle ne se déduit pas universellement de cet exemple.

Pour exécuter cette fonction, chaque instruction indiquée doit être placée sur sa ligne avec l’indentation Python correspondante. La fonction reste indépendante du matériel : on peut la tester avec une liste de valeurs avant de la relier à une carte. Le programme complet doit ensuite acquérir les entrées, vérifier leur validité, appeler la fonction, mémoriser le nouvel état et transmettre la commande. Il faut éviter une attente bloquante qui empêcherait de traiter un événement prioritaire.

S’entraîner : utilise l’espace /exercices pour prolonger la lecture de trames et l’analyse d’algorithmes.