Les topologies CAN : du bus à l'arbre, et au-delà
Répéteurs, ponts et passerelles font évoluer le réseau CAN de la simple ligne vers des structures en arbre ou en étoile, pour couvrir de plus grandes distances, gagner en débit et intégrer des systèmes hétérogènes.
La topologie classique en bus
Le standard CAN haute vitesse spécifie une topologie de bus simple (ligne), avec les lignes de signal CAN-High et CAN-Low, terminées à chaque extrémité par une résistance de 120 ohms.
Au débit maximal de 1 Mbit/s, la longueur de ligne réalisable est de 40 m. Les dérivations doivent être évitées autant que possible : les réflexions de signal dégradent la qualité du signal. Elles restent tolérables jusqu'à 30 cm pour le raccordement d'un participant.
Avec une topologie en bus, les longueurs de ligne deviennent vite importantes selon la configuration des lieux. Dans l'exemple ci-dessous, le bouclage successif sur tous les participants porte la longueur du bus à 330 mètres : sur un tel système, le débit maximal serait de 125 kbit/s.
Plus de souplesse avec l'arbre et l'étoile
Les répéteurs permettent d'étendre la simple ligne et de réaliser des topologies en arbre ou en étoile, adaptées au mieux aux contraintes géographiques. Le répéteur assure un couplage physique entre deux bus identiques : il régénère les signaux et les retransmet de façon transparente vers l'autre segment. Il divise donc le bus en deux segments physiquement indépendants ; du point de vue de la signalisation, il équivaut à une ligne dont la longueur correspond à son temps de propagation.
Grâce à une disposition judicieuse des répéteurs et au cheminement de câbles optimal qui en découle, la longueur déterminante du système — la distance entre les deux participants les plus éloignés — se réduit. Dans l'exemple suivant, en tenant compte du retard introduit par le répéteur (équivalent à 50 m de ligne), la distance maximale entre participants tombe à 170 m. Le système peut alors fonctionner jusqu'à 250 kbit/s, avec une meilleure qualité de signal.
Souplesse maximale : ponts et passerelles
Les ponts CAN disposent d'une fonction de mémorisation : ils retransmettent les messages, ou des parties de messages, dans une émission indépendante et différée — le principe « store-and-forward ». Ils se distinguent des répéteurs, qui transmettent directement les signaux électriques.
L'intégration de fonctions de filtrage permet une structuration organisationnelle du réseau : seuls les messages utiles à un segment y sont retransmis, ce qui réduit d'autant sa charge de bus. L'étendue du système s'accroît facilement, puisqu'un pont divise le réseau CAN en deux systèmes indépendants du point de vue de la signalisation.
Les passerelles CAN relient quant à elles des réseaux de protocoles différents. Une application de passerelle traduit les unités de données de protocole vers l'autre système de communication, le niveau de protocole auquel s'opère la traduction étant identifié par la passerelle elle-même. Elles autorisent aussi bien le couplage d'un système CAN avec d'autres bus de terrain que celui de deux systèmes CAN via un tunnel TCP/IP transparent — de quoi relier des systèmes CAN très éloignés, ou raccorder différents bus de terrain à une commande de niveau supérieur.
En résumé
Le passage de la topologie bus classique aux topologies en arbre ou en étoile, avec répéteurs, ponts et passerelles, marque une évolution notable dans la conception des réseaux CAN. Ces technologies permettent de couvrir de plus longues distances, d'atteindre des débits supérieurs et de faciliter l'intégration de systèmes de communication hétérogènes — donc d'améliorer sensiblement l'efficacité, la fiabilité et l'adaptabilité des systèmes CAN.
