II. L'accès de base S0/T0

II.1 Description de l'accès de base
L'interface S0/T0 est l'interface de base commune à tous les réseaux RNIS du monde. Elle permet soit l'accès au réseau public Numéris, soit l'accès aux réseaux privés PABX. Néanmoins, les fabricants de PABX ont offert des interfaces numériques bien avant le RNIS, et ces interfaces sont bien différentes d'un constructeur à l'autre. Les interfaces de type S0 ne sont donc pas fréquemment utilisées derrière un PABX, pour des raisons de coût.
L'accès de base est censé être proposé un jour en remplacement de tout accès téléphonique analogique. Il s'adresse donc aussi bien à des usagers professionnels qu'à des usagers résidentiels. L'objectif était d'amener chez l'usager deux voies téléphoniques et une voie de téléaction (usager résidentiel) ou une voie de transmission de données (usager professionnel). Après bien des hésitations, l'accord a été obtenu sur l'objectif d'offrir deux voies téléphoniques numériques à 64 kbit/s (1 octet toutes les 125 µs) et un canal à 16 kbits (2 bits toutes les 125 µs).

Ce choix est compatible en Europe avec 90% du parc de lignes de distribution téléphonique. Ce parc est en effet l'investissement majeur à préserver puisqu'il constitue plus de 90% des investissements totaux des téléphonistes.
Cette transmission synchrone à 144 kbit/s (en réalité 192 kbit/s comme on le verra plus loin) en full duplex s'effectue sur deux fils sur une distance minimum de 4 km.

II.2 La transmission chez l'abonné
Le raccordement du poste téléphonique de l'abonné RNIS ne se fait pas directement sur la ligne de distribution du central public. L'administration met en place chez l'abonné un coffret TNR (Terminaison Numérique du Réseau) ou NT1. L'interface que connaît l'usager est l'interface entre le poste téléphonique et la TNR, ou entre le poste téléphonique et la TNA (Terminaison Numérique d'Abonné) ou NT2. Elle est désignée par l'appellation S0/T0, mais correspond dans la littérature officielle à une interface de référence S ou T en mode accès de base. Ces deux points de référence occupent une place particulièrement importante dans les recommandations de l'UIT-T. C'est en effet en ces points que sont définis les débits, les types de canaux de transmission et les protocoles d'accès d'usagers. C'est donc à ce niveau que sont définies toutes les caractéristiques du RNIS.

Voici le détail des points de référence :
* Interface R (Rated) : fournit une interface non-RNIS entre les équipements utilisateurs non compatibles RNIS et un adaptateur (AT : Adaptateur de Terminal)

* Interface S (Subscriber) : sépare la partie utilisateur des fonctions réseaux du terminal
* Interface T (Terminal) : sépare l'équipement du fournisseur de réseau de l'équipement de l'utilisateur. Fournit une interface normalisée entre les matériels, l'émission et la réception, la validation et les informations de synchronisation au réseau et à la partie du terminal concernée.
* Interface U (User)

II.3 La Terminaison Numérique de Réseau ou TNR
La TNR est un groupe de fonctions qui raccorde la ligne de transmission. C'est pour cela qu'elle apparaît dans les avis de l'UIT-T comme appartenant au fournisseur du réseau, le propriétaire de la ligne de transmission. C'est d'ailleurs lui qui l'installe.
Le rôle de la TNR ne concerne que le niveau 1 du modèle OSI. Elle assure :
* les fonctions de conversion de deux fils en quatre fils,
* la gestion des accès des terminaux sur la "ligne" S0 (ou "bus" S0),
* la téléalimentation des terminaux et en particulier des postes téléphoniques,
* la protection du site de l'abonné contre les surcharges (foudre en particulier),
* l'isolation galvanique qui permet d'attacher l'électronique des terminaux à la terre locale (contrairement aux postes analogiques qui sont rattachés à la terre du central téléphonique).La TNR peut elle-même être téléalimentée par le central téléphonique de rattachement. Elle peut aussi être alimentée localement. Dans ce cas, une batterie de secours permet d'assurer un service minimal afin de garantir un service téléphonique minimal.

Notons que l'on ne peut pas raccorder plus de huit appareils sur la ligne quatre fils issus de la TNR. Bien entendu, comme on ne dispose que de deux canaux, seules deux conversations simultanées sont possibles. L'intérêt réside donc dans le fait de pouvoir prendre un appel où on le désire. Par contre, les postes téléphoniques ne peuvent dialoguer entre eux. Pour y remédier, il faut disposer d'un commutateur (TNA).

II.4 La Terminaison Numérique d'abonné ou TNA
La TNA est ce groupe de fonctions qui confère à un terminal son "caractère" particulier. Il s'agit d'un PABX dont la taille peut varier de 10 à 10 000 postes. L'interface entre la TNA et la TNR est désignée sous le nom de T0. En pratique, cette interface se confond avec l'interface S0. Cependant, on a gardé ces deux appellations car elles permettent de distinguer le côté par lequel on accède à la TNA.
La TNA assure la fonction de traitement de protocole ou plus précisément de la partie du protocole associée au transfert de l'information dans le réseau, les parties de haut-niveau de la fonction de multiplexage, les fonctions de commutation et de concentration, de maintenance, et d'interface avec les interfaces S et T.

La TNA est placée sous le contrôle de l'abonné, mais l'administration exerce un droit de regard sur le produit et son exploitation par le biais de "l'agrément" du matériel et des règles d'exploitation téléphoniques.

II.5 Le câblage et la transmission S0
Le câblage comprend en général huit fils. Les différents systèmes de câblage proposés permettent d'équiper les immeubles en respectant cette caractéristique, bien que pour le moment quatre ou six fils seulement soient nécessaires.
L'affection des fils est la suivante :
* 2 fils : transmission vers le terminal
* 2 fils : transmission à partir du terminal
* 2 fils : téléalimentation du terminal
* 2 fils : téléalimentation du réseau par le terminalCe câblage correspond à un connecteur miniature d'un modèle voisin du connecteur téléphonique standard aux USA.
Sur chaque paire dédiée à la transmission des bits, la transmission s'effectue en mode différentiel. Au lieu de pratiquer la transmission en considérant un fil comme la référence 0 et l'autre comme la référence du signal ainsi qu'on le fait habituellement, ici les signaux sont transmis avec des polarités inverses sur chaque fil. Le récepteur, grâce à un transformateur comprenant des enroulements en opposition, peut régénérer le signal classique.
L'avantage de la transmission en mode différentiel réside dans l'excellente immunité aux bruits parasites. De plus, cela permet une méthode de téléalimentation dite "fantôme" que nous ne détaillerons pas.

II.6 Le codage en ligne
Le codage en ligne obéit à trois objectifs :
1. obtenir un signal en ligne dont le spectre de fréquences ne comporte pas de composante continue, afin de permettre aux signaux de franchir sans altération les transformateurs d'isolement.
2. obtenir un signal dont le spectre en fréquences soit le plus réduit possible pour permettre une portée maximale (l'affaiblissement croissant avec la fréquence selon une loi en racine carrée)
3. fournir des transitions suffisamment fréquentes au récepteur pour le maintenir synchronisé.Le code retenu est le code pseudo-ternaire dans lequel les "1" logiques sont représentés par l'absence de courant en ligne. Les "0" logiques sont acheminés alternativement avec une polarité positive ou négative. Pour respecter les objectifs cités plus haut, il ne faut pas qu'on se trouve dans la situation d'émettre un "1" logique permanent (cas impossible en imposant HDLC sur le canal D). Enfin, il faut que les polarités positives et négatives soient en nombre strictement égal. On introduit pour cela des bits d'équilibrage qui n'ont d'autre signification que de permettre un équilibrage électrique parfait.

II.7 La méthode CSMA-CR
Le mécanisme CSMA (Carrier Sense Multiple Access) a été popularisé par la diffusion des techniques Ethernet. Le principe est simple : une station n'émet sur le canal D que si celui-ci est libre. C'est en écoutant le canal d'écho qu'une station peut savoir que le canal D en direction de la TNR est libre, comme schématisé ci-dessous.

Lorsqu'il y a collision, on peut se trouver dans trois cas de figure :
1. Chaque station émet un "1" logique. Cela se traduit en ligne par une absence de signal interprétée par la TNR comme un "1" logique. Aucune collision n'est détectable.
2. Les stations émettent des valeurs logiques opposées, ce qui se traduit donc en ligne par une polarité indiquant à la TNR l'émission d'un "0" logique. La valeur 0 a donc masqué la valeur 1.
3. Les deux stations émettent un "0" logique. Un zéro logique se traduit en ligne par une polarité positive ou négative. L'addition des deux signaux peut conduire à des valeurs positives, négatives ou nulles interprétables comme un "1" ou un "0". Pour se protéger contre ce dernier cas, il a été décidé d'empêcher cette situation en forçant toutes les stations qui commencent à émettre un message à démarrer avec la même polarité.La ligne se comporte donc comme un additionneur logique où tout code nul masque tout code à un.
Il n'y a de risques de collision sur le canal D que pendant le début d'un message. Une collision ne peut se produire que lorsque plusieurs stations "guettent" un silence sur le canal D. Ce silence se matérialise en ligne par une absence de polarité de durée suffisante. Si plusieurs stations se mettent à émettre, du fait qu'elles commencent toutes par le même code de début (Fanion HDLC : 01111110), aucune collision n'est détectable avant le premier bit différent émis par les stations. En HDLC, le premier octet qui suit le fanion est celui de l'adresse. La station ayant le plus grand nombre de bits de poids fort égal à zéro masquera les autres, ne constatera pas de collision, et continuera à émettre. La contention est donc "résolue" au profit d'une des stations.
Le schéma ci-dessous illustre par un exemple d’émission de trois stations sur le même bus le mécanisme de résolution de contention CR (Contention Résolution).

Ici, la station B cesse d'émettre, puis la station A. Seul la station C continue d'émettre.
Ce mécanisme a cependant le défaut d'introduire une sorte de priorité pour la station ayant le plus de bits de poids forts nuls. Pour compenser ce déséquilibre, une parade a été introduite. Une station qui a réussi à transmettre va devoir s'assurer d'un silence en ligne pendant plus longtemps qu'une autre station. Les autres stations ont alors l'opportunité de s'approprier le canal D.
En jouant sur le temps de silence à partir duquel on peut émettre, on peut construire un mécanisme à plusieurs niveaux :
* attente sur huit bits réservée à la signalisation
* attente sur neuf bits réservée à la signalisation pour une station ayant déjà transmis un message
* attente sur dix bits réservée pour le trafic de données
* attente sur onze bits réservée pour le trafic de données pour une station ayant réussi à émettre la trame précédente.

II.8 La structure de la trame
Sur le câble transite toutes les 125 microsecondes une trame qui contient les données émises par l'utilisateur. Dans cette trame, un canal B à 64 kbit/s est représenté par un octet, et le canal D à 16 kbit/s par 2 bits. Les éléments de synchronisation représentent un débit de 48 kbit/s. Ils donnent naissance à 6 bits toutes les 125 microsecondes. Le débit réel n'est donc pas de 144 kbit/s (2 x 64 kbit/s + 16 kbit/s = 144 kbit/s) qui est le débit utile, mais de 192 kbit/s (144 kbit/s + 48 kbit/s = 192 kbit/s).
En réalité, il y a deux trames circulant en sens contraire : elles sont multiplexées sur les deux paires de fils, une par sens de transmission. Comme le canal D est partagé par l'ensemble des équipements terminaux, ceux-ci doivent tous pouvoir écouter si le canal est libre ou non. Il faut que, quelle que soit la place du coupleur, il y ait diffusion de l'information. Toutes les informations émises sur le canal D en direction de la régie doivent être recopiées dans l'autre direction, dans un canal spécifique : le canal D écho comme vu précédemment.
En tenant compte des contraintes de propagation de cette trame, on s'aperçoit qu'un utilisateur situé loin de la régie va avoir le temps d'émettre plus d'une trame avant de pouvoir écouter le canal D écho. C'est pour cette raison que la trame de base qui est émise sur le câble n'est pas de 24 bits toutes les 125 microsecondes, mais 48 bits toutes les 250 microsecondes. La structure de la trame diffère légèrement suivant que la transmission se fasse des terminaux vers la TNR ou de la TNR vers les terminaux.

Dans le sens terminal vers TNR, plusieurs stations peuvent émettre. Elles s'ignorent et par conséquent chacune doit équilibrer électriquement son propre trafic en introduisant des bits de polarité tels que la composante continue soit maintenue égale à zéro. Il en résulte que pour chaque champ qu'une station peut envoyer, il est prévu un bit d'équilibrage électrique. Ils sont désignés sur la figure ci-dessus par la lettre E.

Dans le sens TNR vers terminal, il n'y a que la TNR qui émet et, par conséquent, un bit d'équilibrage par trame est suffisant. De ce fait, les emplacements des bits d'équilibrage prévus pour chaque canal sont disponibles. Ces bits sont utilisés pour véhiculer des canaux complémentaires (simplex) dont un est le canal d'écho du canal D montant. D'autres bits peuvent être utilisés pour véhiculer des informations de multitrames. Par exemple, une fois sur huit un bit peut être présent pour indiquer des blocs de huit trames et donc définir des horloges plus lentes pour de futurs services de donnés par exemple.
Par ailleurs, des éléments binaires sont nécessaires pour la gestion de l'interface. Ainsi, les doublets (F,L) et (Fa,N) transportent l'horloge trame de 4 kHz, le bit M l'horloge multitrame à 200 Hz. Enfin, les bits A et S supervisent les problèmes de transfert de l'énergie de téléalimentation.

II.9 La topologie
Les différentes contraintes que nous avons vues précédemment conduisent à définir des topologies assez complexes.
On a pu voir que la majeure partie des contraintes vient de la configuration multipoint. Si l'on s'impose de ne construire que des liaisons point à point, les seules contraintes à prendre en compte sont l'affaiblissement du signal en ligne et la limitation possible de la portée de la téléalimentation. La norme a fixé pour ce cas de figure une portée de 1000 mètres. Si l'on considère l'usage de cette norme derrière un PABX, on peut estimer que la portée de 1000 mètres conviendra dans une très forte proportion de cas.
Dans les configurations en bus local ou déporté, les facteurs qui interviennent sont multiples et difficiles à intégrer dans un calcul. Interviennent, en effet, non seulement l'influence du temps de propagation en ligne, mais aussi les temps de réaction des composants, les techniques de synchronisation et les marges d'erreur sur les différents facteurs.

On voit que l'emploi de l'interface S0 dans l'entreprise derrière un PABX est loin d'être la solution parfaite. Il faut cependant noter que les solutions de fabricants se heurtent aussi à des problèmes comparables.
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