Dans le monde actuel, il y a des secteurs pour lesquels chaque microseconde compte. C’est par exemple le cas des secteurs de la défense, de l'aérospatiale, mais aussi de l’énergie. Pour les applications de ces secteurs, le standard de temps IRIG (Inter-Range Instrumentation Group) occupe une place centrale. Il permet en effet de donner fiabilité et précision à des opérations logistiques complexes, ou encore de garantir la correction des mesures dans des systèmes de télémétrie critiques.
Par abus de langage, on parle souvent de protocole IRIG. Il s’agit plutôt d’une famille de formats de codage qui définit comment les informations de temps doivent être générées et distribuées entre différents systèmes et appareils. Qu’est-ce que la norme IRIG et comment explorer ses différents formats ?
Les standards de temps IRIG
IRIG (Inter-Range Instrumentation Group) est une famille de normes standardisée par le Range Commanders Council (RCC) dans les années 1950. A l’époque il s’agit de répondre à un besoin de synchronisation des communications lors d’essais de missiles. En 1956 émergent les premières normes formelles. De nos jours c’est toujours le RCC qui maintient le standard IRIG.
L’objectif de ces normes est de permettre la diffusion d’horodatages pour la synchronisation de différents équipements réseaux, dans la mesure où ces besoins sont de plus en plus prépondérants, aussi bien dans le domaine civil que militaire. Les équipements sont séparés en deux classes : les générateurs et les récepteurs. Les générateurs se chargent de produire l’horodatage, soit directement, soit en le récupérant auprès d’une source comme un GPS ou une horloge atomique. Les récepteurs se contentent de recevoir la donnée et éventuellement de la propager.
La dernière norme IRIG date de 2004. Une révision de 2016 existe, mais elle se contente de corriger quelques erreurs mineures contenues dans le standard précédent.
Le principe derrière les standards de temps IRIG est d’envoyer en continu des informations d’horodatage pour permettre la synchronisation des différents équipements. Les standards de temps IRIG définissent des codages du courant électrique pour transmettre les trames d’horodatage. IRIG fonctionne donc en envoyant des impulsions électriques sous un format qui encode l’horodatage. Cela rend ces standards particulièrement utiles pour être utilisés sur de courtes distances.
Les différentes normes
Il existe de nombreux standards IRIG.
Un standard est défini par une combinaison d’une lettre et de 3 chiffres :
- La lettre, ou format (A, B, D, E, G ou H) représente le débit du standard ainsi que la précision de l’horodatage
- Le premier chiffre correspond à la modulation utilisée. Il est compris entre 0 et 2.
- Le deuxième chiffre indique la fréquence porteuse du standard. Il est compris entre 0 et 5.
- Le dernier chiffre représente les variations possibles du contenu de la trame d’horodatage. Il est compris entre 0 et 7
Toutes les combinaisons ne sont pas possibles et voici un tableau récapitulatif des standards définis :
| Format | Modulation | Support | Contenu |
|---|---|---|---|
| A | 0,1,2 | 0,3,4,5 | 0,1,2,3,4,5,6,7 |
| B | 0,1,2 | 0,2,3,4,5 | 0,1,2,3,4,5,6,7 |
| D | 0,1 | 0,1,2 | 1,2 |
| E | 0,1 | 0,1,2 | 1,2,5,6 |
| G | 0,1,2 | 0,4,5 | 1,2,5,6 |
| H | 0,1 | 0,1,2 | 1,2 |
Une combinaison est généralement utilisée dans un domaine spécifique. Par exemple IRIG 106 est le standard pour la télémétrie aéronautique.
Les différents formats
Les différents formats du standard IRIG sont notés A, B, D, E, G et H. La différence entre ces standards est dans la fréquence des impulsions de synchronisation envoyés (le débit).
Qu’est-ce qui différencie les formats du standard IRIG ?
- Le standard A envoie 10 trames par secondes à la vitesse d’un bit par milliseconde
- Le standard B envoie une trame par seconde à la vitesse d’un bit toutes les 10 millisecondes
- Le standard D, le plus lent, envoie une trame par heure à la vitesse d’un bit par minute
- Le standard E envoie une trame toutes les 10 secondes à la vitesse d’un bit tous les dixièmes de seconde
- Le standard G, le plus rapide, envoie 100 trames par secondes à la vitesse d’un bit tous les dixièmes de milliseconde
- Le standard H envoie une trame par minute à la vitesse d’un bit par seconde
De ce fait, il faut choisir le standard en fonction de la précision attendue et du décalage acceptable entre les différents équipements. Il n’existe donc pas de « meilleur » format, mais bien un format plus adapté à telle ou telle application.
| Format | Débit |
|---|---|
| A | 1000 PPS(1) |
| B | 100 PPS |
| D | 1 PPM(2) |
| E | 10 PPS |
| G | 10000 PPS |
| H | 1 PPS |
(1) PPS : Impulsion par seconde
(2) PPM : Impulsion par minute
Les différentes modulations
Il existe 3 types de modulation technique.
| Format | Description |
|---|---|
| 0 | Modulation de largeur d’impulsion sans fréquence porteuse (DCLS (1)) |
| 1 | Modulation d’amplitude sur onde porteuse sinusoïdale |
| 2 | Modulation de Manchester |
(1) DCLS : DC Level Shift
- 0. Modulation de largeur d’impulsion : on simule un signal analogique à partir de circuits numériques. Pas de fréquence porteuse car du courant continu est utilisé.
- 1. Modulation d’amplitude : on modifie l’amplitude d’un signal sinusoïdal pour encoder les bits d’information.
- 2. Modulation de Manchester : cette dernière forme de modulation est particulière. Elle n’a pas de composante continue et utilise les transitions du signal pour transmettre la valeur des bits. Cette méthode présente plusieurs avantages parmi lesquels la possibilité d’être couplée à du courant alternatif, un meilleur ratio signal/bruit, une plus grande facilité pour le décodage. Cette technique est conçue pour fonctionner sur des câbles coaxiaux ou de la fibre optique sur de courtes distances.
Les différents supports
Afin de transmettre l’information, les standards IRIG définissent les fréquences porteuses possibles. Ces fréquences ne sont pas toutes adaptées à tous les formats de codages. Pour référence, le tableau suivant indique les fréquences autorisées pour chaque format.
| Code | Fréquence porteuse | Résolution |
|---|---|---|
| 0 | / | Débit |
| 1 | 100 Hz | 10 ms |
| 2 | 1 kHz | 1 ms |
| 3 | 10 kHz | 0.1 ms |
| 4 | 100 kHz | 10 µs |
| 5 | 1 MHz | 1 µs |
L’impact du choix de la fréquence porteuse est sur la résolution dont dépend directement la précision souhaitée pour l’application.
Les différentes expressions codées
Il est aussi possible de transmettre différentes informations dans les trames d’horodatage.
On peut ainsi encoder le moment de l’année, transmis en décimal codé binaire (BCDTOY), l’année en décimal codé binaire (BCDYEAR), une fonction de contrôle (CF) laissée à la discrétion de l’utilisateur ainsi que le nombre de secondes écoulées dans la journée (SBS).
Le dernier chiffre de la séquence de 3 chiffres du standard indique les informations qui sont encodés dont le tableau ci-dessous résume les différentes possibilités.
| Code | Information codée |
|---|---|
| 0 | BCDTOY(1), SBS(2), CF(3) |
| 1 | BCDTOY, CF |
| 2 | BCDTOY |
| 3 | BCDTOY, SBS |
| 4 | BCDTOY, BCDYEAR(4), SBS, CF |
| 5 | BCDTOY, BCDYEAR, CF |
| 6 | BCDTOY, BCDYEAR |
| 7 | BCDTOY, BCDYEAR, SBS |
(1) BCDTOY : temps en décimal codé binaire (HH,MM,SS,DDD)
(2) SBS : nombre de secondes écoulées dans la journée
(3) CF : fonction de contrôle ou checksum
(4) BCDYEAR: année en décimal codé binaire
Le cas particulier d’IRIG B
La famille de standards IRIG B est le format le plus utilisé avec un envoi de trames de 100 bits toutes les secondes.
La figure ci-dessous représente une trame IRIG B telle qu’elle est modulée sur un signal électrique.
Quelles sont les applications de la norme IRIG ?
Le temps codé IRIG est toujours d’actualité et il existe encore de très nombreuses applications :
- Les systèmes de défense. Les opérations militaires dépendent de la synchronisation pour la coordination des mouvements des troupes, le déploiement des systèmes d'armes, et la collecte de renseignements.
- L’aviation. IRIG est typiquement utilisé pour la télémétrie.
- Les centrales et réseaux énergétiques. IRIG est utilisé pour synchroniser les relais de protection, les systèmes SCADA, et les enregistreurs de perturbations pour assurer l'intégrité et la fiabilité du réseau.
- Les télécommunications. Même si des protocoles comme NTP et PTP sont plus courants dans les réseaux de télécommunications, IRIG est parfois utilisé dans les infrastructures.
- L’audiovisuel. On peut utiliser IRIG pour synchroniser l'audio et la vidéo enregistrée par différents équipements.
- Les systèmes de surveillance. On utilise IRIG pour horodater les vidéos, qui peuvent servir ensuite de preuves légales.
- Le transport. Les systèmes de contrôle logistique peuvent employer IRIG pour la synchronisation des signaux, des enregistrements, et des systèmes de sécurité.
De nombreuses applications sont possibles, malgré l'émergence de nouvelles technologies et de nouveaux protocoles de synchronisation. IRIG maintient sa position en tant que standard incontournable pour les applications nécessitant une synchronisation de très haute précision.
Avec plus de 150 ans d’expertise en gestion des temps et présent dans plus de 140 pays, Bodet Time est un acteur français majeur de la synchronisation horaire et du temps fréquence. La gamme de serveurs de temps Netsilon propose des générateurs et récepteurs en temps codé IRIG.
